CN105387848A - 测量装置和倾斜传感器装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供能够以极高的精度检测可相对于基台部旋转的旋转部的旋转轴相对于水平面的倾斜形态的测量装置。测量装置(10)包括：基台部(12)；旋转部(13)，可相对于基台部旋转；液体容器(43)，固定设置于基台部，并用于封入形成自由表面(64)的液体(61)；照射光学系统(41)，固定设置于旋转部，朝向液体容器(43)的自由表面(64)照射检测光(44)；受光光学系统(42)，固定设置于旋转部，使受光元件(46)接收检测光(44)由自由表面(64)反射而产生的反射光(45)；以及运算控制部(65)，控制照射光学系统(41)和受光光学系统(42)，并根据来自受光元件(46)的反射光(45)的受光信号来运算旋转部的旋转轴的倾斜形态。

Description

测量装置和倾斜传感器装置

技术领域

本发明涉及用于求取设置成可相对于基台部旋转的旋转部的倾斜形态的测量装置和倾斜传感器装置。

背景技术

例如，在测量时，利用全站仪之类的进行距离测量的测量装置来测量出测量对象物的三维坐标位置。这种测量装置构成为在可相对于基台部旋转的旋转部的内部设置有测距部，上述测距部投射用于距离测量的测距光并接收来自测量对象物的反射光，从而进行到测量对象物的光波距离测量。在该测量装置中，为了以极高的精度测量出测量对象物的三维坐标位置，被要求以极高的精度检测测距部(旋转部)的旋转轴相对于水平面的倾斜形态(倾斜角度和倾斜方向)。为此，在这种测量装置中，考虑到使用倾斜传感器装置，上述倾斜传感器装置可利用借助重力而维持水平的液体的自由表面(液面)来检测相对于水平面的倾斜形态(例如，参照专利文献1)。在这种倾斜传感器装置中，为了利用液体的自由表面而将其设置在测距部(旋转部)，从而能够以极高的精度检测测距部的旋转轴相对于水平面的倾斜形态。

(现有技术文献)

(专利文献)

专利文献1：日本特开2007-127628号公报

但是，在上述的测量装置中，由于测距部设置在可相对于基台部旋转的旋转部的内部，因而随着旋转部而旋转，倾斜传感器装置中的液体的自由表面也会随之变动，因而难以准确地检测测距部(旋转部)的旋转轴相对于水平面的倾斜形态。为此，在测量装置中，在使用利用液体的自由表面的倾斜传感器装置的情况下，为了以极高的精度检测可相对于基台部旋转的旋转部(设置于其上的测距部等)的旋转轴相对于水平面的倾斜形态而存在有改善的余地。

发明内容

本发明是鉴于上述情况而提出的，其目的在于提供一种能够以极高的精度检测可相对于基台部旋转的旋转部的旋转轴相对于水平面的倾斜形态的测量装置。

为了解决上述问题，本发明的测量装置包括：基台部；旋转部，被设置成能够相对于上述基台部旋转；液体容器，固定设置于上述基台部，并用于封入形成自由表面的液体；照射光学系统，固定设置于上述旋转部，并用于朝向上述液体容器的上述自由表面照射检测光；受光光学系统，固定设置于上述旋转部，并用于使受光元件接收上述检测光由上述自由表面反射而产生的反射光；以及运算控制部，用于控制上述照射光学系统和上述受光光学系统，并根据来自上述受光元件的上述反射光的受光信号来运算上述旋转部的旋转轴的倾斜形态。

根据本发明的测量装置，能够以极高的精度检测可相对于基台部旋转的旋转部的旋转轴相对于水平面的倾斜形态。

上述照射光学系统具有用于对上述检测光形成测量图案的测量图案形成部，上述运算控制部根据上述受光元件取得的上述反射光的测量图案来运算上述旋转部的旋转轴的倾斜形态；这时，能够以更恰当且更高的精度求得旋转部的旋转轴的倾斜形态。

上述照射光学系统具有将经由上述测量图案形成部而形成了测量图案的上述检测光形成为平行光束的准直透镜；这样，无论从固定设置于旋转部的照射光学系统到固定设置于基台部的液体容器的自由表面的间隔(光学距离)的变化如何，都可使受光元件恰当地取得来自自由表面的反射光，而可以更加恰当地求得旋转部的旋转轴相对于水平面的倾斜形态。

上述照射光学系统具有光源和分束器，上述光源用于朝向上述测量图案形成部射出上述检测光，上述分束器设置于上述测量图案形成部与上述准直透镜之间，上述受光光学系统与上述照射光学系统共用上述准直透镜和上述分束器，上述分束器用于使经过了上述测量图案形成部的上述检测光透过上述准直透镜，并且将经过了上述准直透镜的上述反射光朝向上述受光元件反射；在采用这种结构的情况下，可减少照射光学系统和受光光学系统所需部件的件数，并减小作为整体的大小尺寸。

上述受光光学系统具有设置在上述分束器与上述受光元件之间的聚光透镜，上述聚光透镜与上述准直透镜协作而经由上述自由表面使上述测量图案形成部和上述受光元件满足共轭的位置关系；这样，无论从照射光学系统到液体容器的自由表面的间隔的变化如何，都可在受光元件上形成反射光的测量图案。

上述液体容器设置有光开口部，上述光开口部在使上述旋转部位于上述基台部的铅垂方向上侧的状态下，接收从铅垂方向下侧朝向上述自由表面的上述检测光，上述基台部设置有引导光路，上述引导光路用于使经过上述准直透镜成为平行光束的上述检测光从上述液体容器的铅垂方向下侧朝向上述光开口部行进；这时，即使在基台部的铅垂方向上侧设置有旋转部，也可使检测光从设置于上述基台部的液体容器的铅垂方向下侧经由光开口部向自由表面行进。

上述液体容器设置有光开口部，上述光开口部在使上述旋转部位于上述基台部的铅垂方向上侧的状态下，接收从铅垂方向上侧朝向上述自由表面的上述检测光，上述基台部设置有引导光路，上述引导光路用于使经过上述准直透镜而成为平行光束的上述检测光从上述液体容器的铅垂方向上侧朝向上述光开口部行进；因此，可简单构成旋转部的引导光路，可减少设置于旋转部的部件件数，并减小作为整体的大小尺寸。

在上述基台部中，作为上述液体容器，固定设置有第一液体容器和第二液体容器，上述第一液体容器设置有下侧光开口部，上述下侧光开口部在使上述旋转部位于上述基台部的铅垂方向上侧的状态下，接收从铅垂方向下侧朝向上述自由表面的上述检测光，上述第二液体容器中设置有上侧光开口部，上述上侧光开口部在使上述旋转部位于上述基台部的铅垂方向上侧的状态下，接收从铅垂方向上侧朝向上述自由表面的上述检测光，上述基台部设置有第一引导光路、第二引导光路和光路切换部，在使上述旋转部位于上述基台部的铅垂方向上侧的状态下，上述第一引导光路用于使经过上述准直透镜而成为平行光束的上述检测光从上述第一液体容器的铅垂方向下侧朝向上述下侧光开口部行进，上述第二引导光路用于使经过上述准直透镜而成为平行光束的上述检测光从上述第二液体容器的铅垂方向上侧朝向上述上侧光开口部行进，上述光路切换部用于选择性地切换上述第一引导光路和上述第二引导光路，上述光路切换部使上述检测光和上述反射光通过上述第一引导光路和上述第二引导光路中的任意一方，而不通过上述第一引导光路和上述第二引导光路中的另一方；若采用这种结构，则无论处于通常的姿态还是上下逆转的姿态，都能够以极高的精度检测可相对于基台部旋转的旋转部的旋转轴相对于水平面的倾斜形态。

上述运算控制部利用如下的倾斜形态来进行零点校正：在上述旋转部相对于上述基台部为规定的旋转姿态时，根据从接收上述照射光学系统所照射的上述检测光由上述自由表面反射而产生的上述反射光的上述受光元件而来的上述受光信号所运算出的倾斜形态；以及在上述旋转部为相对于上述基台部从上述规定的旋转姿态旋转180度的状态下，根据从接收上述照射光学系统所照射的上述检测光由上述自由表面反射而产生的上述反射光的上述受光元件而来的上述受光信号所运算出的倾斜形态；这样，无需高精度地使照射光学系统(受光光学系统)的主光轴与旋转体的旋转轴相一致，也能够以极高的精度求得旋转轴相对于水平面的倾斜形态。为此，可容易管理旋转部在照射光学系统和受光光学系统的安装的精度，并能够以极高的精度求得旋转轴的倾斜形态。

倾斜传感器装置包括：液体容器，固定设置于基台部，并用于封入形成自由表面的液体；照射光学系统，固定设置在能够相对于上述基台部旋转的旋转部，并用于朝向上述液体容器的上述自由表面照射检测光；受光光学系统，固定设置于上述旋转部，并用于使受光元件接收上述检测光被上述自由表面反射而产生的反射光；以及运算控制部，用于控制上述照射光学系统和上述受光光学系统，并根据来自上述受光元件的上述反射光的受光信号来运算上述旋转部的旋转轴的倾斜形态，在上述倾斜传感器装置中，能够以极高的精度检测可相对于基台部旋转的旋转部的旋转轴相对于水平面的倾斜形态。

附图说明

图1为示意性地示出作为本发明的测量装置的一例的实施例1的测量装置10的结构的说明图。

图2为用框图表示测量装置10的内部结构的说明图。

图3为示意性地示出测量装置10的倾斜传感器装置40的结构的说明图。

图4为用框图表示倾斜传感器装置40的内部结构的说明图。

图5为用于说明进行零点校正的样子的说明图，(a)示出以规定的旋转姿态检测倾斜形态的样子，(b)示出以从规定的旋转姿态旋转180度的旋转姿态检测倾斜形态的样子。

图6为示意性地示出实施例2的测量装置10A的倾斜传感器装置40A的结构的与图3同样的说明图。

图7为示意性地示出实施例3的测量装置10B的倾斜传感器装置40B的结构的与图3和图6同样的说明图。

图8为用框图表示倾斜传感器装置40B的内部结构的说明图。

图9为示意性地示出测量装置10B(倾斜传感器装置40B)上下逆转的姿态的与图7同样的说明图。

具体实施方式

以下，参照附图，说明作为本发明的测量装置和倾斜传感器装置的实施方式的各实施例。

(实施例1)

首先，说明作为本发明的倾斜传感器装置的一例的倾斜传感器装置40以及作为设置有上述倾斜传感器装置40的测量装置的一例的测量装置10的简要结构。在如图1所示在实施例1中，该测量装置10为全站仪，可朝向测量点照射脉冲激光光线，并接收来自上述测量点的脉冲反射光来对每个脉冲进行测距，将测距结果进行平均化而可以高精度地测量距离。此外，测量仪20可采用利用以规定的频率调制的光束的相位差测量方式，也可采用其他方式，并不局限于实施例1。该测量装置10具有调平部11、基盘部12、托架部13和望远镜部14。

调平部11是安装于三脚架15上的部位。基盘部12以可变更相对于上述调平部11的倾斜角的方式设置于调平部11。托架部13以可相对于基盘部12以铅垂旋转轴Av为旋转中心进行旋转(以下，也称为绕铅垂旋转轴Av的旋转)的方式设置于上述基盘部12。该托架部13设置有显示部16和操作部17。该操作部17为用于利用测量装置10的各种功能的操作部，将所输入操作的信息向下述的控制部31(参照图2)输出。显示部16在控制部31的控制下，显示用于根据在操作部17所实施的操作来利用各种功能的操作画面或测量结果等。

望远镜部14以可相对于托架部13以水平旋转轴Ah为旋转中心进行旋转(以下，也称为绕水平旋转轴Ah旋转)的方式设置于托架部13。望远镜部14设置有用于设定测量装置10的大致视准方向的准星照门18。望远镜部14具有对测量对象物进行视准的第二望远镜19和具有比第二望远镜19低的倍率且广角视野的第一望远镜21。该望远镜部14设置有第一拍摄部22(参照图2)和第二拍摄部23(参照图2)，上述第一拍摄部22经由第一望远镜21的光学系统取得视准方向或大致视准方向的图像(广角图像)，上述第二拍摄部23经由第二望远镜19的光学系统取得视准方向的图像(望远图像)。上述第一拍摄部22和第二拍摄部23中使用例如将拍摄图像作为数字图像信号输出的数码照相机。另外，望远镜部14内置有共用第二望远镜19的光学系统的测距部24和追踪部25(参照图2)。上述测距部24射出测距光并接收来自测量对象物的反射光而进行到测量对象物的光波距离测量。追踪部25可投射追踪光，并接收来自追踪对象物的反射光而可以检测追踪对象物的位置。

可使上述望远镜部14绕水平旋转轴Ah旋转的托架部13设置有水平旋转驱动部26和水平角检测部27(参照图2)。上述水平旋转驱动部26使托架部13相对于基盘部12绕铅垂旋转轴Av旋转、即在水平方向上旋转。水平角检测部27检测上述托架部13相对于基盘部12的水平旋转角，据此检测(测量角度)视准方向的水平角。

另外，托架部13设置有铅垂旋转驱动部28和铅垂角检测部29(参照图2)。上述铅垂旋转驱动部28使望远镜部14相对于托架部13绕水平旋转轴Ah旋转、即在铅垂方向上旋转。铅垂角检测部29检测上述望远镜部14相对于托架部13的铅垂角，据此检测(测量角度)视准方向的铅垂角。

进而，托架部13内置有控制部31(参照图2)。上述控制部31利用存储于所连接的存储部32(参照图2)的程序来统括地控制测量装置10的动作。上述存储部32存储有测量所需的计算程序、追踪所需的计算程序、用于进行图像处理的图像处理程序、生成要发送的信息并发送的数据发送程序等程序。

如图2所示，上述控制部31连接有显示部16、操作部17、第一拍摄部22、第二拍摄部23、测距部24、追踪部25、水平旋转驱动部26、水平角检测部27、铅垂旋转驱动部28、铅垂角检测部29、存储部32、通信部33和倾斜传感器装置40。

上述通信部33可使例如作为由测距部24进行测距的测量对象物的测量终端(未图示)的终端侧控制部与控制部31进行通信，在控制部31的控制下适当地发送存储于存储部32的各信息。为此，控制部31可经由通信部33与测量终端的终端侧控制部进行数据交换。

倾斜传感器装置40检测测量装置10中的望远镜部14(参照图1)的水平方向上的旋转中心(铅垂旋转轴Av)相对于水平面的倾斜形态(倾斜角度和倾斜方向)。在实施例1中，倾斜传感器装置40检测托架部13的铅垂旋转轴Av相对于水平面的倾斜度，据此检测测量装置10的望远镜部14的水平方向上的旋转中心(铅垂旋转轴Av)相对于水平面的倾斜形态。有关该倾斜传感器装置40的结构，在下文详细地进行说明。倾斜传感器装置40向控制部31输出所检测出的测量装置10(望远镜部14)的倾斜形态(其信息)。

来自测距部24、追踪部25、水平角检测部27、铅垂角检测部29和倾斜传感器装置40的用于测量的输出值被输入于控制部31。该控制部31根据这些输出值来进行距离测量、高低角、水平角的测量(计算)，将测量结果存储于存储部32并显示在显示部16上。由第一拍摄部22和第二拍摄部23所取得(拍摄)的图像(其图像数据)向控制部31输出而适当地存储于存储部32。控制部31对所被输入的图像或存储于存储部32的图像(例如，利用第一拍摄部22或第二拍摄部23取得的图像)进行适当的图像处理，将上述图像存储于存储部32并显示在显示部16上。

上述控制部31控制水平旋转驱动部26和铅垂旋转驱动部28的驱动来使托架部13和望远镜部14(参照图1)适当地旋转，据此可使上述望远镜部14朝向规定的方向，可扫描规定的范围。另外，控制部31一边控制第一望远镜21和第二望远镜19的切换，一边适当地控制上述的第一拍摄部22和第二拍摄部23，据此取得所需的倍率的图像。进而，控制部31控制测距部24来进行规定的测量对象物的测距(距离测量)。该控制部31通过测量(计算)视准方向的高低角和水平角来测量出测量对象物的三维坐标位置。此时，控制部31使用由倾斜传感器装置40检测到的望远镜部14的铅垂旋转轴Av相对于水平面的倾斜形态(倾斜角度和倾斜方向)来进行补正，据此能够以极高的精度测量出测量对象物的三维坐标位置。控制部31还根据来自追踪部25的追踪对象物的位置的信息来控制水平旋转驱动部26和铅垂旋转驱动部28的驱动，据此可使望远镜部14(参照图1)始终朝向(追踪)追踪对象物的方向。为此，在测量装置10中，调平部11、基盘部12、托架部13、望远镜部14、准星照门18、第二望远镜19(第二拍摄部23)、第一望远镜21(第一拍摄部22)、测距部24、追踪部25、水平旋转驱动部26、水平角检测部27、铅垂旋转驱动部28、铅垂角检测部29和倾斜传感器装置40作为由控制部31所被驱动控制的测量单元来发挥作用。

接着，主要利用图3至图5来说明本发明的实施例1的测量装置10的特征性结构、即倾斜传感器装置40的结构。在以下的说明中，在如上构成的测量装置10中，以使托架部13(旋转部)位于基盘部12(基台部)的铅垂方向上侧的状态下的位置关系进行表示。此外，图3为了容易地理解倾斜传感器装置40的结构而示意性地示出基盘部12(基台部)和托架部13(旋转部)，不一定与实际的测量装置10的结构一致。另外，图5为了容易地理解零点校正而强调倾斜传感器装置40的主光轴O相对于铅垂旋转轴Av的倾斜形态、反射光45向受光元件46(其受光面)行进的样子来示出，不一定与实际的测量装置10的结构一致。

如图3所示，设置于测量装置10的倾斜传感器装置40具有照射光学系统41、受光光学系统42和液体容器43。上述液体容器43利用以下述的方式封入的液体61的液面来形成始终维持水平状态的自由表面64。照射光学系统41朝向液体容器43的自由表面64照射检测光44，受光光学系统42使受光元件46接收检测光44被自由表面64反射而产生的反射光45。在该倾斜传感器装置40中，通过求得在受光光学系统42的受光元件46接收的反射光45的形态来求得倾斜形态。这是因为，在倾斜传感器装置40中，检测光44相对于维持水平的自由表面64的照射方向根据倾斜形态而变化，且来自上述自由表面64的反射光45的形态根据倾斜形态而变化。这样，倾斜传感器装置40通过利用始终维持水平状态的自由表面64来测量绝对倾斜度、即相对于水平面的倾斜度(其形态)。

在本发明的倾斜传感器装置40(测量装置10)中，托架部13设置有照射光学系统41和受光光学系统42，且基盘部12设置有液体容器43。如上所述，上述托架部13被设置成可相对于基盘部12绕铅垂旋转轴Av旋转，上述基盘部12通过经由调平部11安装的三脚架15而设置为不活动的状态。为此，在倾斜传感器装置40(测量装置10)中，基盘部12作为基台部来发挥作用，而设置成可相对于上述基盘部12绕铅垂旋转轴Av旋转的托架部13作为旋转部来发挥作用。这样，在倾斜传感器装置40(测量装置10)中，通过设置为不活动的状态的基盘部12(基台部)设置液体容器43来能够将上述液体容器43的自由表面64稳定地维持水平的状态。

另外，如上所述，关于倾斜传感器装置40，为了检测托架部13的铅垂旋转轴Av相对于水平面的倾斜度，基本上设置成使作为照射光学系统41的光轴的主光轴O与作为托架部13(旋转部)相对于基盘部12(基台部)的旋转轴线的铅垂旋转轴Av一致。这里，说“基本上”是因为由于照射光学系统41相对于托架部13(旋转部)的组装公差等，有可能产生主光轴O不一定与铅垂旋转轴Av一致的情况。以下，说明该倾斜传感器装置40(测量装置10)的详细结构。

在倾斜传感器装置40中，作为旋转部的托架部13设置有光源51、聚焦透镜52、测量图案形成部53、分束器54、准直透镜55、聚光透镜56和受光元件46。另外，在倾斜传感器装置40中，作为基台部的基盘部12设置有第一反射镜57、第二反射镜58和液体容器43。

上述光源51射出用于照射液体容器43的自由表面64的检测光44，在实施例1中，使用发光二极管(LED)光源来构成。光源51通过下述的运算控制部65(参照图4)来进行点亮控制。该光源51设置在倾斜传感器装置40(照射光学系统41)的主光轴O上，沿着上述主光轴O射出检测光44。

聚焦透镜52设置在主光轴O上，将从光源51射出的检测光44适当地成型为规定的形状，据此利用检测光44恰当地照射测量图案形成部53。该恰当的照射是指如下述那样以遍及测量图案形成部53整体的方式照射检测光44。此外，作为光源51，只要是通过与聚焦透镜52的协作而射出用于照射测量图案形成部53的检测光44的光源，就可以利用其它光源，并不局限于实施例1的结构。

测量图案形成部53设置在主光轴O上，将检测光44形成为测量图案光束、即对检测光44形成测量图案。上述测量图案为用于检测与检测光44的行进方向正交的平面上的相互相交的两个方向(例如，图3的纸面的左右方向和与上述纸面正交的方向)的倾斜度的图案。关于该测量图案的结构，由于与以往(例如，参照专利文献1)相同，因而省略详细的说明。在实施例1中，测量图案形成部53使检测光44(光束)在形成测量图案的部位透过并使测量图案的部位变亮，而除此之外的部位变暗。为此，在测量图案形成部53中，使照射其本身的检测光44(光束)透过，据此将检测光44形成为测量图案光束。

分束器54设置在主光轴O上，并具有倾斜面54a。该分束器54使透过了测量图案形成部53的检测光44透过，并且如下述那样使经过了准直透镜55而行进过来的反射光45在倾斜面54a反射。在倾斜传感器装置40中，虽然省略了图示，但根据分束器54的结构，还可在到达上述分束器54的光路上适当设置偏光板或1/4波长板。

准直透镜55设置在主光轴O上，将透过了分束器54的检测光44形成为平行光束。这些光源51、聚焦透镜52、测量图案形成部53、分束器54和准直透镜55被固定设置在托架部13(旋转部)，它们的位置关系被固定。经过上述准直透镜55而成为平行光束的检测光44在主光轴O上朝向设置于基盘部12(基台部)的第一反射镜57行进。

第一反射镜57在基盘部12(基台部)中设置在主光轴O上，并将经过准直透镜55而成为平行光束的检测光44朝向第二反射镜58反射。第二反射镜58将由第一反射镜57反射来的平行光束的检测光44从铅垂方向下方朝向液体容器43反射。

上述液体容器43将例如硅油等具有适度的粘性的液体61与气体一同容纳，上述液体容器43的作为铅垂方向下方的底面设置有光开口部62。在上述光开口部62嵌入有由至少允许检测光44(反射光45)透过的材料所形成的透过部件63而被封闭。为此，在液体容器43中封入液体61和气体，并且通过经由光开口部62(其透过部件63)可使检测光44(反射光45)从铅垂方向下方向液体61行进。该液体容器43利用作为被封入的液体61的与气体的边界的液面来形成借助于重力而维持水平的自由表面64。在液体容器43中，利用第一反射镜57和第二反射镜58而从铅垂方向下方朝向液体容器43行进的检测光44经由光开口部62(透过部件63)向液体61行进，到达作为上述液面的自由表面64。这样，上述检测光44的一部分成为在自由表面64反射而产生的反射光45，上述反射光45经由光开口部62(透过部件63)从液体容器43向铅垂方向下方行进。关于上述反射光45，由于作为测量图案光束的检测光44被自由表面64反射，因而与检测光44同样地是测量图案光束。

上述反射光45在第一反射镜57和第二反射镜58被反射，据此向设置于托架部13(旋转部)的准直透镜55行进，并经过上述准直透镜55向分束器54行进。另外，反射光45被分束器54的倾斜面54a反射而朝向聚光透镜56。即，在托架部13(旋转部)中，聚光透镜56设置在行进在倾斜传感器装置40(照射光学系统41)的主光轴O上的反射光45的由倾斜面54a的反射方向上。上述聚光透镜56使经过准直透镜55和分束器54的倾斜面54a的反射光45在受光元件46(其受光面)上成像。即，聚光透镜56与准直透镜55协作，经由自由表面64使测量图案形成部53(其测量图案)与受光元件46(其受光面)成为共轭位置关系。

上述受光元件46为可取得沿着与聚光透镜56的光轴方向正交的平面的矩形形状的图像的所谓的区域传感器。受光元件46可使用电荷耦合器件(CCD)图像传感器或互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器等构成。受光元件46接收作为由聚光透镜56成像的测量图案光束的反射光45，并向运算控制部65(参照图4)输出作为根据受光(各像素中的受光量)的检测值的受光信号Si。

如图4所示，上述运算控制部65连接于受光元件46和光源51。运算控制部65可控制受光元件46和光源51的驱动，并可以取得来自受光元件46的受光信号Si。该运算控制部65根据所取得的受光信号Si来运算倾斜传感器装置40(照射光学系统41)的主光轴O的倾斜形态(倾斜角度和倾斜方向)。上述倾斜形态可根据受光元件46所接收的反射光45的形态、即可根据受光元件46所接收的测量图案的从基准状态变化的形态来求得。这是因为在倾斜传感器装置40中，检测光44相对于维持水平的自由表面64的照射方向根据倾斜的形态而变化，且来自上述自由表面64的反射光45的形态根据倾斜的形态而变化。关于求得上述倾斜形态的方法，与以往(例如参照专利文献1)相同，因而省略详细的说明。这里，在液体容器43中，检测光44从铅垂方向下方向液体61行进，被自由表面64反射而产生的反射光45向铅垂方向下方行进时的、反射光45相对于检测光44的行进形态根据液体61的折射率等而变化。为此，在运算控制部65中，设定成根据液体61的折射率等，考虑在液体容器43中从液体61(液体层)一侧向自由表面64行进时的反射光45相对于检测光44的行进形态来计算倾斜形态。另外，运算控制部65将计算出的主光轴O的倾斜形态(倾斜角度和倾斜方向)作为倾斜传感器装置40中的检测值(检测信号)向控制部31(参照图2)输出。

接着，说明倾斜传感器装置40中的倾斜形态检测时的动作。首先，在运算控制部65的控制下，将光源51点亮，受光元件46开始受光。于是，如图3所示，在托架部13(旋转部)中，从光源51射出检测光44，上述检测光44经过聚焦透镜52，据此以遍及整体的方式照射测量图案形成部53。上述检测光44透过测量图案形成部53而成为测量图案光束，透过分束器54而向准直透镜55行进。成为测量图案光束的检测光44经由准直透镜55而成为平行光束，并向设置于基盘部12(基台部)的第一反射镜57行进。

于是，成为平行光束的检测光44在基盘部12(基台部)中，被第一反射镜57和第二反射镜58反射而从铅垂方向下方朝向液体容器43(其光开口部62)行进。上述检测光44经过光开口部62(透过部件63)向封入在液体容器43中的液体61行进而到达作为上述液面的自由表面64。为此，在倾斜传感器装置40中，光源51、聚焦透镜52、测量图案形成部53、分束器54和准直透镜55固定设置于托架部13(旋转部)，并作为朝向液体容器43的自由表面64照射检测光44的照射光学系统41来发挥作用。另外，第一反射镜57和第二反射镜58固定设置于基盘部12(基台部)，并作为使经过照射光学系统41的准直透镜55成为平行光束的检测光44从铅垂方向下方向液体容器43的光开口部62(透过部件63)行进的引导光路47来发挥作用。

到达上述自由表面64的检测光44的一部分被自由表面64反射而成为反射光45，上述反射光45经过光开口部62(透过部件63)从液体容器43向铅垂方向下方行进。上述反射光45被第二反射镜58和第一反射镜57反射而朝向设置于托架部13(旋转部)的准直透镜55行进。于是，反射光45经过准直透镜55向分束器54行进，并被上述倾斜面54a反射，据此向聚光透镜56行进。另外，反射光45经过聚光透镜56而到达受光元件46(其受光面)，并在上述受光元件46(其受光面)上形成测量图案的像。

为此，在倾斜传感器装置40中，准直透镜55、分束器54和聚光透镜56固定设置于托架部13(旋转部)，并作为使受光元件46接收被自由表面64反射而产生的反射光45的受光光学系统42来发挥作用。由此，运算控制部65控制受光元件46即受光光学系统42和光源51即照射光学系统41的驱动。另外，第二反射镜58和第一反射镜57固定设置于基盘部12(基台部)，并作为使被自由表面64反射而产生的反射光45朝向受光光学系统42(其准直透镜55)行进的引导光路47来发挥作用。即，在倾斜传感器装置40中，照射光学系统41和受光光学系统42共用准直透镜55和分束器54。为此，在倾斜传感器装置40中，在从光源51经过准直透镜55的照射光学系统41的主光轴O上，受光光学系统42使反射光45经过准直透镜55向分束器54行进。

另外，如图4所示，在倾斜传感器装置40中，向运算控制部65输出作为与成为测量图案光束的反射光45的受光(各像素中的受光量)相对应的检测值的受光信号Si。在上述运算控制部65中，从受光信号Si取得在受光元件46(其受光面)上形成的测量图案，并根据上述测量图案的从基准状态变化的形态来运算倾斜传感器装置40的主光轴O相对于水平面的倾斜的形态。由此，运算控制部65可根据受光信号Si来求得作为相对于基盘部12(基台部)的旋转中心的托架部13(旋转部)的铅垂旋转轴Av相对于水平面的倾斜的形态(倾斜角度和倾斜方向)。

这里，在倾斜传感器装置40(测量装置10)中，有可能产生光源51等相对于托架部13(旋转部)的组装公差等，据此可以想到主光轴O不一定与铅垂旋转轴Av一致。尤其，在测量装置10中，要求以极高的精度进行距离测量，因而在倾斜传感器装置40中，要求以秒为单位准确地检测倾斜角度。由此，为了满足上述精度而使主光轴O与铅垂旋转轴Av完全一致是困难的。

为此，在倾斜传感器装置40(测量装置10)中，进行作为用于检测倾斜形态的基准的零点(铅垂旋转轴Av处于与水平面正交的状态时的主光轴O的倾斜形态)的校正。在该零点校正中，如图5(a)所示，将托架部13(旋转部)相对于基盘部12(基台部)的绕铅垂旋转轴Av的旋转姿态作为规定的旋转姿态，如上述那样求得倾斜传感器装置40的主光轴O的倾斜形态。另外，在零点校正中，之后，如图5(b)所示，使托架部13(旋转部)相对于基盘部12(基台部)绕铅垂旋转轴Av旋转180度，如上述那样求得倾斜传感器装置40的主光轴O的倾斜形态。于是，在上述的两个旋转姿态中，比较图5(a)和图5(b)可知，液体容器43的自由表面64始终维持水平状态，而与此相对，倾斜传感器装置40的主光轴O关于铅垂旋转轴Av为旋转对称的位置关系。另外，伴随着倾斜传感器装置40的旋转，对检测光44形成的测量图案也旋转，与此相对，受光元件46(受光面)的反射光45的入射位置的位移的方向是固定的(在图5(a)和图5(b)的例中，均是主视图的上侧)。为此，在上述的两个旋转姿态中，在受光元件46(其受光面)上，根据倾斜传感器装置40的主光轴O相对于铅垂旋转轴Av的倾斜形态而以旋转对称的方式形成测量图案。由此，可求得两个旋转姿态中的受光元件46(其受光面)上的两个测量图案的平均值，据此可抵消倾斜传感器装置40的主光轴O相对于铅垂旋转轴Av的倾斜度，可求得主光轴O的恰当的向零点的偏移量。由此，在倾斜传感器装置40(测量装置10)中，可进行作为用于检测倾斜形态的基准的零点的校正。为此，在倾斜传感器装置40(测量装置10)中，可消除由轴晃动而引起的角度检测误差，可以以高精度求得托架部13(旋转部)的铅垂旋转轴Av的倾斜形态(倾斜角度和倾斜方向)。

接着，对通过利用借助于重力来维持水平的液体的自由表面的倾斜传感器装置，检测旋转部可相对于基台部旋转的测量装置的上述旋转部的旋转轴相对于水平面的倾斜的形态时的以往的技术问题进行说明。

以往的倾斜传感器装置构成为：封入液体而形成自由表面的液体容器设置在照射光学系统的铅垂方向上侧，并设置有与上述照射光学系统共用一部分光学部件的受光光学系统，它们容纳在单一的框体内。为此，在以往的倾斜传感器装置中，通过设置于旋转部内而以极高的精度检测上述旋转部的旋转轴相对于水平面的倾斜形态。但是，在测量装置中，旋转部可相对于基台部旋转，因而伴随着旋转部旋转，倾斜传感器装置中的液体的自由表面会运动。在倾斜传感器装置中，以自由表面处于水平状态为前提，因而若自由表面运动，则无法以极高的精度检测倾斜形态。

为此，在测量装置中，考虑等待到自由表面稳定，据此利用倾斜传感器装置以极高的精度检测倾斜形态，但会导致降低使用灵活性，并增大测量工作所需的时间。这是因为例如在极严寒的地方使用测量装置的情况下，封入在液体容器的液体的粘性上升，因而到自由表面稳定为止所需的时间变长，因而进一步降低使用灵活性，并进一步增大测量工作所需的时间。另外，在测量装置中，如上述的实施例1的测量装置10那样，具有对追踪对象物进行追踪的功能的情况下，根据追踪对象物的移动，旋转部会相对于基台部旋转。为此，在测量装置中，由于旋转部的旋转，倾斜传感器装置的液体容器的自由表面运动，因而当进行追踪动作时，会无法以高精度测量追踪对象物的位置。这里，在测量装置中，能够以自由表面不运动的程度使旋转部以低速旋转，据此在倾斜传感器装置中能够以极高的精度检测倾斜形态，但降低使用灵活性，并会增大测量工作所需的时间。由于上述情况，在以往的测量装置中，若使用利用借助于重力来维持水平的液体的自由表面的倾斜传感器装置，则难以在不降低使用灵活性、或不增大测量工作所需的时间的情况下，准确地检测旋转部相对于水平面的倾斜形态。

对此，在作为本发明的测量装置(倾斜传感器装置)的一个实施例的测量装置10(倾斜传感器装置40)中，液体容器43设置于基盘部12(基台部)。上述基盘部12(基台部)以使托架部13(旋转部)可绕铅垂旋转轴Av旋转的方式支撑并固定设置托架部13(旋转部)。为此，在液体容器43中，无论托架部13(旋转部)绕铅垂旋转轴Av如何旋转，都可以防止自由表面64的运动。由此，在测量装置10(倾斜传感器装置40)中，无论托架部13(旋转部)绕铅垂旋转轴Av如何旋转，都能够以极高的精度检测托架部13(旋转部)的铅垂旋转轴Av相对于水平面的倾斜形态(倾斜角度和倾斜方向)。

另外，在测量装置10(倾斜传感器装置40)中，由于无论托架部13(旋转部)绕铅垂旋转轴Av如何旋转，自由表面64都不会运动，因而即使刚旋转之后(途中)，也能够以极高的精度检测托架部13(旋转部)的铅垂旋转轴Av相对于水平面的倾斜形态。为此，在测量装置10(倾斜传感器装置40)中，可提高使用灵活性，并减少测量工作所需的时间。这是，例如在极严寒的地方使用测量装置10(倾斜传感器装置40)的情况下，更为有效。

进而，在测量装置10(倾斜传感器装置40)中，无论托架部13(旋转部)绕铅垂旋转轴Av如何旋转，自由表面64都不会运动，因而即使根据来自追踪部25的信息，利用望远镜部14对追踪对象物进行追踪时，也能够以极高的精度检测托架部13(旋转部)的铅垂旋转轴Av相对于水平面的倾斜形态。为此，在测量装置10(倾斜传感器装置40)中，在进行追踪工作时，能够以高精度测量追踪对象物的位置。

在测量装置10(倾斜传感器装置40)中，由于无论托架部13(旋转部)绕铅垂旋转轴Av如何旋转，自由表面64都不会变动，因而无需限制托架部13(旋转部)的旋转工作(例如，以低速使其旋转)，也能够以极高的精度检测铅垂旋转轴Av相对于水平面的倾斜形态。为此，在测量装置10(倾斜传感器装置40)中，可更加提高使用灵活性，并减少测量工作所需的时间。

在测量装置10(倾斜传感器装置40)中，利用测量图案形成部53对检测光44形成测量图案(作为测量图案光束)，并利用受光元件46(其受光面)来取得上述检测光44被自由表面64反射而产生的反射光45。另外，在测量装置10(倾斜传感器装置40)中，从受光信号Si取得在受光元件46(其受光面)上形成的测量图案，并根据上述测量图案的从基准状态变化的形态来运算铅垂旋转轴Av相对于水平面的倾斜形态。为此，在测量装置10(倾斜传感器装置40)中，能够更恰当且高精度地求得铅垂旋转轴Av的倾斜形态。

在测量装置10(倾斜传感器装置40)中，在朝向自由表面64照射检测光44的照射光学系统41中，设置有将经由测量图案形成部53形成了测量图案的检测光44形成为平行光束的准直透镜55。为此，在测量装置10(倾斜传感器装置40)中，无论从固定设置于托架部13(旋转部)的照射光学系统41到固定设置于基盘部12(基台部)的液体容器43的自由表面64为止的间隔(光学距离)如何变化，都可使受光元件46(其受光面)恰当地取得来自自由表面64的反射光45。由此，在测量装置10(倾斜传感器装置40)中，可根据形成于受光元件46(其受光面)上的测量图案的从基准状态的变化形态来更加恰当地求得铅垂旋转轴Av相对于水平面的倾斜形态。

在测量装置10(倾斜传感器装置40)中，照射光学系统41和受光光学系统42共用分束器54和准直透镜55。另外，在测量装置10(倾斜传感器装置40)中，分束器54使经过了测量图案形成部53的检测光44向准直透镜55透过，并将经过了准直透镜55的反射光45朝向受光元件46反射。为此，在测量装置10(倾斜传感器装置40)中，可减少照射光学系统41和受光光学系统42所需的部件件数，并减小作为整体的大小尺寸。

在测量装置10(倾斜传感器装置40)中，在受光光学系统42中，分束器54与受光元件46之间设置有聚光透镜56，上述聚光透镜56与准直透镜55协作地经由自由表面64使测量图案形成部53和受光元件46满足共轭的位置关系。为此，在测量装置10(倾斜传感器装置40)中，无论从照射光学系统41到液体容器43的自由表面64为止的间隔如何，都可以在受光元件46(其受光面)上形成反射光45的测量图案。

在测量装置10(倾斜传感器装置40)中，液体容器43设置有光开口部62，在使托架部13(旋转部)位于基盘部12(基台部)的铅垂方向上侧的状态下，上述光开口部62接收从铅垂方向下侧朝向自由表面64的检测光44。另外，在测量装置10(倾斜传感器装置40)中，基盘部12(基台部)设置有引导光路47，上述引导光路47使经过准直透镜55成为平行光束的检测光44从液体容器43的铅垂方向下侧朝向光开口部62行进。为此，在测量装置10(倾斜传感器装置40)中，即使是基盘部12(基台部)的铅垂方向上侧设置有托架部13(旋转部)的结构中，也可使检测光44从设置于上述基盘部12(基台部)的液体容器43的铅垂方向下侧经由光开口部62向自由表面64行进。由此，在测量装置10(倾斜传感器装置40)中，可使用将封入液体而形成自由表面的液体容器设置于照射光学系统的铅垂方向上侧的结构的以往的倾斜传感器装置中的上述液体容器作为液体容器43。由此，在测量装置10(倾斜传感器装置40)中，可简便且容易地进行制造。

在测量装置10(倾斜传感器装置40)中，利用如下的倾斜形态来进行零点校正：在使托架部13(旋转部)相对于基盘部12(基台部)处于规定的旋转姿态的状态下运算的主光轴O的倾斜形态；以及在托架部13(旋转部)相对于基盘部12(基台部)从规定的旋转姿态旋转180度的状态下运算的主光轴O的倾斜形态。为此，在测量装置10(倾斜传感器装置40)中，即使不以高精度地使主光轴O与铅垂旋转轴Av相一致，也能够以极高的精度求得托架部13(旋转部)的铅垂旋转轴Av相对于水平面的倾斜形态(倾斜角度和倾斜方向)。由此，在测量装置10(倾斜传感器装置40)中，可容易地管理照射光学系统41和受光光学系统42在托架部13(旋转部)的安装精度，并以极高的精度求得铅垂旋转轴Av的倾斜形态。

在测量装置10(倾斜传感器装置40)中，无论托架部13(旋转部)绕铅垂旋转轴Av如何旋转，自由表面64都不会运动，因而即使在正在对测量对象物的三维坐标位置进行测量的期间，也可以始终进行零点校正(对作为基准的零点的偏移量的更新)。为此，在测量装置10(倾斜传感器装置40)中，可更加恰当地检测托架部13(旋转部)的铅垂旋转轴Av相对于水平面的倾斜形态(倾斜角度和倾斜方向)。

因此，在作为本发明的测量装置(倾斜传感器装置)的一个实施例的测量装置10(倾斜传感器装置40)中，能够以极高的精度检测相对于基台部(基盘部12)可旋转的旋转部(托架部13)的旋转轴(铅垂旋转轴Av)相对于水平面的倾斜形态。

此外，在上述的实施例1的测量装置10(倾斜传感器装置40)中，以使托架部13(旋转部)位于基盘部12(基台部)的铅垂方向上侧的状态(参照图1)即通常姿态使用。然而，也能够以从上述通常的姿态上下逆转了的姿态(上下逆转的姿态)使用，并不局限于上述的实施例1的结构。这种情况下，运算控制部65根据液体61的折射率等，考虑从液体容器43中的气体(气体层)一侧向自由表面64行进时的相对于检测光44的反射光45的行进的形态来计算倾斜形态。

(实施例2)

接着，利用图6来说明作为本发明的实施例2的倾斜传感器装置的倾斜传感器装置40A以及作为设置有倾斜传感器装置40A的测量装置的一例的测量装置10A。该实施例2的倾斜传感器装置40A是液体容器43A的结构与实施例1的液体容器43不同的例子。该实施例2的倾斜传感器装置40A的基本结构和动作与上述的实施例1的倾斜传感器装置40相同，因而对于等同的结构部位标注相同的附图标记，并省略详细的说明。另外，实施例2的测量装置10A使用实施例2的倾斜传感器装置40A来代替倾斜传感器装置40，除此之外，与实施例1相同，因而对于等同的结构部位标注相同的附图标记，并省略详细的说明。

在实施例2的倾斜传感器装置40A中，如图6所示，在设置于基盘部12(基台部)的液体容器43A中，光开口部62A设置于铅垂方向上侧，在上述光开口部62A密封性地嵌入透过部件63。与此相伴，在基盘部12(基台部)中，以光开口部62A(其透过部件63)位于设置在托架部13(旋转部)的照射光学系统41的主光轴O上的方式设置有液体容器43A。

为此，在液体容器43A中，经过托架部13(旋转部)的照射光学系统41的准直透镜55而成为平行光束的检测光44不经过任何光学部件而从铅垂方向上侧向光开口部62A(其透过部件63)行进。因此，在基盘部12(基台部)中，从准直透镜55到达光开口部62A(其透过部件63)的空间作为使经过准直透镜55而成为平行光束的检测光44从液体容器43A的铅垂方向上侧朝向光开口部62A行进的引导光路47A来发挥作用。

在上述倾斜传感器装置40A中，与实施例1的倾斜传感器装置40同样地，经过托架部13(旋转部)的准直透镜55而成为平行光束的检测光44在照射光学系统41的主光轴O上朝向铅垂方向下方行进。这样，成为平行光束的检测光44在基盘部12(基台部)中从铅垂方向上方朝向液体容器43A(其光开口部62A)行进。上述检测光44经过光开口部62A(透过部件63)向与液体61一同封入的气体(气体层)行进，而到达作为气体与液体61的边界的液面即自由表面64。到达上述自由表面64的检测光44的一部分被自由表面64反射而成为反射光45，上述反射光45经过光开口部62A(透过部件63)从液体容器43A向铅垂方向上方行进，并朝向设置于托架部13(旋转部)的准直透镜55行进。这样，反射光45与实施例1的倾斜传感器装置40同样地经过准直透镜55、分束器54和聚光透镜56而到达受光元件46(其受光面)，并在上述受光元件46(其受光面)上形成测量图案的像。

在上述倾斜传感器装置40A中，运算控制部65根据液体61的折射率等，考虑从液体容器43A中的气体(气体层)侧向自由表面64行进时的相对于检测光44的反射光45的行进形态来计算倾斜形态。由此，在倾斜传感器装置40A中，与实施例1的倾斜传感器装置40同样地，运算控制部65根据受光信号Si来求得可相对于基盘部12(基台部)绕铅垂旋转轴Av旋转的托架部13(旋转部)的铅垂旋转轴Av相对于水平面的倾斜形态(倾斜角度和倾斜方向)。

在实施例2的测量装置10A(倾斜传感器装置40A)中，采用基本上与实施例1的测量装置10(倾斜传感器装置40)相同的结构，因而可取得基本上与实施例1相同的效果。

另外，在实施例2的测量装置10A(倾斜传感器装置40A)中，可使检测光44从铅垂方向上侧向液体容器43A的光开口部62A(透过部件63)行进。为此，在测量装置10A(倾斜传感器装置40A)中，可简化托架部13(旋转部)中的引导光路47A的结构，减少设置于托架部13(旋转部)的部件件数，并减小作为整体的大小尺寸。

因此，在本发明的测量装置(倾斜传感器装置)的实施例2的测量装置10A(倾斜传感器装置40A)中，能够以极高的精度检测可相对于基台部(基盘部12)旋转的旋转部(托架部13)的旋转轴(铅垂旋转轴Av)相对于水平面的倾斜形态。

此外，在上述的实施例2的测量装置10A(倾斜传感器装置40A)中，以作为使托架部13(旋转部)位于基盘部12(基台部)的铅垂方向上侧的状态(参照图6)的通常姿态使用。然而，也能够以从上述通常姿态上下逆转了的姿态(上下逆转的姿态)使用，并不局限于上述的实施例2的结构。这种情况下，运算控制部65根据液体61的折射率等，考虑从液体容器43中的液体61(液体层)侧向自由表面64行进时的相对于检测光44的反射光45的行进形态来计算倾斜形态。

(实施例3)

接着，利用图7至图9来说明作为本发明的实施例3的倾斜传感器装置的倾斜传感器装置40B以及作为设置有倾斜传感器装置40B的测量装置的一例的测量装置10B。该实施例3的倾斜传感器装置40B为即使在测量装置10B上下逆转的情况下，也能够以极高的精度检测倾斜形态的例子。这是因为在测量装置(测量装置10B)中，存在在上下逆转的状态下使用的情况。该实施例3的倾斜传感器装置40B的基本结构和动作与上述的实施例1的倾斜传感器装置40相同，因而对于等同的结构部位标注相同的附图标记，并省略其详细的说明。另外，实施例3的测量装置10B使用实施例3的倾斜传感器装置40B来代替倾斜传感器装置40，除此之外，与实施例1相同，因而对于等同的结构部位标注相同的附图标记，并省略详细的说明。

在实施例3的倾斜传感器装置40B中，如图7所示，基盘部12(基台部)设置有第一液体容器43B和第二液体容器43C。上述第一液体容器43B为与实施例1的液体容器43同样的结构，在铅垂方向下侧设置有下侧光开口部62B(透过部件63)。该第二液体容器43C与实施例1的液体容器43不同，在基盘部12(基台部)中，在照射光学系统41的主光轴O上朝向铅垂方向上侧设置有上侧光开口部62C(透过部件63)。为此，第二液体容器43C为实质上与实施例2的液体容器43A相同的结构。

与此相伴，在基盘部12(基台部)中，设置有第一反射镜71、第二反射镜58、第一挡板72和第二挡板73。上述第一反射镜71设置在主光轴O上，在实施例3中，由半反射镜构成。第一反射镜71将经过了准直透镜55而成为平行光束的检测光44的一部分朝向第二反射镜58反射，而使上述检测光44的其它部分透过。此外，关于第一反射镜71，只要可以将检测光44的一部分朝向第二反射镜58反射而使其它部分透过，就可以由其他光学元件构成，并不局限于实施例3的结构。上述第二反射镜58与实施例1的倾斜传感器装置40同样地，将由第一反射镜57所反射的平行光束的检测光44从铅垂方向下方朝向第一液体容器43B反射。

第一挡板72以可插入第二反射镜58与第一液体容器43B的下侧光开口部62B(透过部件63)之间的方式设置，且可利用下述的第一挡板驱动部74(参照图8)在插入位置和退避位置之间移位。上述第一挡板72若插入于第二反射镜58与下侧光开口部62B(透过部件63)之间(插入位置(参照图7))，则阻挡它们之间的检测光44(反射光45)的行进，若退避(退避位置(参照图9))，则可以使检测光44(反射光45)行进。

第二挡板73以可插入第一反射镜71与第二液体容器43C的上侧光开口部62C(透过部件63)之间的方式设置，且可利用下述的第二挡板驱动部75(参照图8)在插入位置和退避位置之间位移。上述第二挡板73若插入于第一反射镜71与上侧光开口部62C(透过部件63)之间(插入位置(参照图9))，则阻挡它们之间的检测光44(反射光45)的透过，若退避(退避位置(参照图7))，则可以使检测光44(反射光45)行进。

在倾斜传感器装置40B中，如图8所示，除了受光元件46和光源51之外，在运算控制部65连接有第一挡板驱动部74、第二挡板驱动部75和姿态判断部76。上述第一挡板驱动部74在运算控制部65的控制下，使第一挡板72移动，插入于第二反射镜58与第一液体容器43B的下侧光开口部62B之间(插入位置)，以及从它们之间退避(退避位置)。第二挡板驱动部75在运算控制部65的控制下使第二挡板73移动，插入于第一反射镜71与第二液体容器43C的上侧光开口部62C之间(插入位置)，以及从它们之间退避(退避位置)。运算控制部65控制第一挡板驱动部74和第二挡板驱动部75，使得若将第一挡板72和第二挡板73中的一方设置在插入位置，则将他们之中的另一方设置在退避位置。

姿态判断部76判断倾斜传感器装置40B、即测量装置10B是处于通常姿态(参照图7)还是处于上下逆转的姿态(参照图9)，并向运算控制部65输出作为其判断结果的信号。如图7所示，上述通常姿态是指：使托架部13(旋转部)位于基盘部12(基台部)的铅垂方向上侧的状态。另外，如图9所示，上下逆转的姿态是指：使托架部13(旋转部)位于基盘部12(基台部)的铅垂方向下侧的状态。在实施例3中，该姿态判断部76由设置于测量装置10B的切换开关构成。上述切换开关对是以通常姿态(参照图7)使用测量装置10B的状态还是以上下逆转的姿态(参照图9)使用测量装置10B的状态进行切换。为此，在运算控制部65中，根据在姿态判断部76中执行的操作来判断测量装置10B(倾斜传感器装置40B)处于通常姿态还是上下逆转的姿态，并根据上述判断来控制第一挡板72和第二挡板73的位置。此外，该姿态判断部76也可以由能够检测测量装置10B(倾斜传感器装置40B)处于通常姿态还是上下逆转的姿态的姿态传感器构成，并不局限于实施例3的结构。

另外，在实施例3中，如图7所示，在运算控制部65中，若测量装置10B(倾斜传感器装置40B)处于通常姿态，则运算控制部65根据来自姿态判断部76的信号取得其姿态信息，并使第一挡板72位于退避位置，而使第二挡板73位于插入位置。这样，在基盘部12(基台部)中，经过托架部13(旋转部)的准直透镜55而成为平行光束并在照射光学系统41的主光轴O上行进的检测光44中的、被第一反射镜71和第二反射镜58反射的检测光44从第一液体容器43B的铅垂方向下侧朝向下侧光开口部62B行进。为此，第一反射镜71和第二反射镜58作为第一引导光路47B来发挥作用。

另外，在实施例3中，如图9所示，在运算控制部65中，若测量装置10B(倾斜传感器装置40B)处于上下逆转的姿态，则运算控制部65根据来自姿态判断部76的信号来取得其姿态信息，并使第一挡板72位于插入位置，而使第二挡板73位于退避位置。由此，在基盘部12(基台部)中，若从使托架部13(旋转部)位于基盘部12(基台部)的铅垂方向上侧的状态观察，则经过托架部13(旋转部)的准直透镜55而成为平行光束并在照射光学系统41的主光轴O上行进的检测光44中的、透过第一反射镜71的检测光44从第二液体容器43C的铅垂方向上侧朝向上侧光开口部62C行进。为此，第一反射镜71作为第二引导光路47C来发挥作用。因此，在倾斜传感器装置40B(测量装置10B)中，第一挡板72(第一挡板驱动部74)和第二挡板73(第二挡板驱动部75)作为选择性地切换第一引导光路47B和第二引导光路47C的光路切换部来发挥作用。

为此，如图7所示，在倾斜传感器装置40B中，若测量装置10B(倾斜传感器装置40B)处于通常的姿态，则在基盘部12(基台部)中，成为平行光束的检测光44的一部分被第一反射镜71反射之后被第二反射镜58反射(第一引导光路47B)，从铅垂方向下方朝向第一液体容器43B(其下侧光开口部62B)行进。上述检测光44经过下侧光开口部62B(透过部件63)向液体61行进，而到达作为液体61与气体的边界的液面即自由表面64。到达上述自由表面64的检测光44的一部分被自由表面64反射而成为反射光45。反射光45经过下侧光开口部62B(透过部件63)从第一液体容器43B朝向铅垂方向下方行进。进而，反射光45被第二反射镜58和第一反射镜71反射(第一引导光路47B)而朝向设置于托架部13(旋转部)的准直透镜55行进。这样，反射光45与实施例1的倾斜传感器装置40同样地经过准直透镜55、分束器54和聚光透镜56而到达受光元件46(其受光面)，并在上述受光元件46(其受光面)上形成测量图案的像。此时，在倾斜传感器装置40B中，利用位于插入位置的第二挡板73来防止检测光44到达第二液体容器43C的自由表面64，因而可防止来自自由表面64的反射光45向受光元件46行进。

在该倾斜传感器装置40B中，与实施例1的倾斜传感器装置40同样地，运算控制部65根据液体61的折射率等，考虑第一液体容器43B和第二液体容器43C中从液体61(液体层)一侧向自由表面64行进时的相对于检测光44的反射光45的行进形态来计算倾斜形态。由此，在倾斜传感器装置40B中，与实施例1的倾斜传感器装置40相同，运算控制部65根据受光信号Si来求得可相对于基盘部12(基台部)绕铅垂旋转轴Av旋转的托架部13(旋转部)的铅垂旋转轴Av相对于水平面的倾斜形态(倾斜角度和倾斜方向)。

另外，如图9所示，在倾斜传感器装置40B中，若测量装置10B(倾斜传感器装置40B)处于上下逆转的姿态，则在基盘部12(基台部)中，成为平行光束的检测光44的一部分透过第一反射镜71(第二引导光路47C)，从铅垂方向上方朝向第二液体容器43C(其光开口部62A)行进。这里，在第二液体容器43C中，测量装置10B(倾斜传感器装置40B)处于上下逆转的姿态。为此，上侧光开口部62C(透过部件63)处于铅垂方向下侧，液体61(液体层)位于上述上侧光开口部62C(透过部件63)之上。为此，检测光44经过上侧光开口部62C(透过部件63)向液体61(液体层)行进，而到达作为液体61与气体的边界的液面即自由表面64。到达上述自由表面64的检测光44的一部分被自由表面64反射而成为反射光45，经过上侧光开口部62C(透过部件63)透过第一反射镜71(第二引导光路47C)，朝向设置于托架部13(旋转部)的准直透镜55行进。这样，反射光45与实施例1的倾斜传感器装置40同样地，经过准直透镜55、分束器54和聚光透镜56到达受光元件46(其受光面)，并在上述受光元件46(其受光面)上形成测量图案的像。此时，在倾斜传感器装置40B中，利用位于插入位置的第一挡板72来防止检测光44到达第一液体容器43B的自由表面64，防止来自上述自由表面64的反射光45向受光元件46行进。

在该倾斜传感器装置40B中，如上所述，运算控制部65根据液体61的折射率等，考虑第一液体容器43B和第二液体容器43C中相对于从液体61(液体层)侧向自由表面64行进时的反射光的、检测光44的行进形态来计算倾斜形态。由此，在倾斜传感器装置40B中，与通常姿态时同样地，运算控制部65根据受光信号Si来求得可相对于基盘部12(基台部)绕铅垂旋转轴Av旋转的托架部13(旋转部)的相对于水平面的倾斜形态(倾斜角度和倾斜方向)。

在实施例3的测量装置10B(倾斜传感器装置40B)中，可采用基本上与实施例1的测量装置10(倾斜传感器装置40)相同的结构，并取得基本上与实施例1相同的效果。

除此以外，在实施例3的测量装置10B(倾斜传感器装置40B)中，无论是通常姿态还是上下逆转的姿态，都能够以极高的精度检测可相对于基盘部12(基台部)旋转的托架部13(旋转部)的铅垂旋转轴Av相对于水平面的倾斜形态。

另外，在测量装置10B(倾斜传感器装置40B)中，在基盘部12(基台部)中，设置有第一液体容器43B、与第一液体容器43B相对应的第一引导光路47B、第二液体容器43C、与第二液体容器43C相对应的第二引导光路47C和光路切换部而构成。为此，在测量装置10B(倾斜传感器装置40B)中，无论是通常姿态还是上下逆转的姿态都能够以简单的结构且恰当地以极高的精度检测托架部13(旋转部)的铅垂旋转轴Av相对于水平面的倾斜形态。

进而，在测量装置10B(倾斜传感器装置40B)中，第一液体容器43B和第二液体容器43C采用彼此等同的结构，并在处于通常姿态的基盘部12(基台部)中，使下侧光开口部62B位于铅垂方向下侧来设置第一液体容器43B，另外，使上侧光开口部62C位于铅垂方向上侧来设置第二液体容器43C。为此，在测量装置10B(倾斜传感器装置40B)中，能够以通常姿态使用第一液体容器43B和第二液体容器43C中的任意一方，并以上下逆转的姿态使用第一液体容器43B和第二液体容器43C中的任意另一方，据此，以通常姿态和上下逆转的姿态使第一液体容器43B和第二液体容器43C的形态等同。为此，在测量装置10B(倾斜传感器装置40B)中，无论是通常姿态还是上下逆转的姿态都能够以更简单的结构且恰当地以极高的精度检测托架部13(旋转部)的铅垂旋转轴Av相对于水平面的倾斜形态。

在测量装置10B(倾斜传感器装置40B)中，第一液体容器43B和第二液体容器43C采用彼此等同的结构，在处于通常姿态的基盘部12(基台部)中，使下侧光开口部62B位于铅垂方向下侧来设置第一液体容器43B，另外，使上侧光开口部62C位于铅垂方向上侧来设置第二液体容器43C。另外，在测量装置10B(倾斜传感器装置40B)中，在照射光学系统41中，设置有将经过测量图案形成部53而形成了测量图案的检测光44形成为平行光束的准直透镜55。为此，在测量装置10B(倾斜传感器装置40B)中，能够以通常姿态使用第一液体容器43B和第二液体容器43C中的任意一方，并以上下逆转的姿态使用第一液体容器43B和第二液体容器43C中的任意另一方，据此能够使以通常姿态和上下逆转的姿态而形成在受光元件46(其受光面)上的测量图案的从基准状态变化的状态等同。由此，在测量装置10B(倾斜传感器装置40B)中，能够使根据测量图案的从基准状态变化的状态、相对于水平面的倾斜形态的运算在通常姿态和上下逆转的姿态中相同。由此，在测量装置10B(倾斜传感器装置40B)中，无论是通常姿态还是上下逆转的姿态，都能够以更加简单的结构且恰当地以极高的精度检测托架部13(旋转部)的铅垂旋转轴Av相对于水平面的倾斜形态。

在测量装置10B(倾斜传感器装置40B)中，由第一挡板72(第一挡板驱动部74)和第二挡板73(第二挡板驱动部75)构成选择性地切换第一引导光路47B和第二引导光路47C的光路切换部。为此，在测量装置10B(倾斜传感器装置40B)中，可采用更加简单的结构，并可靠地防止从根据姿态而未使用的液体容器(43B、43C)发出的反射光45向受光元件46行进。由此，在测量装置10B(倾斜传感器装置40B)中，无论是通常姿态还是上下逆转的姿态，都能够以更加简单的结构且恰当地以极高的精度检测托架部13(旋转部)的铅垂旋转轴Av相对于水平面的倾斜形态。

因此，在本发明的测量装置(倾斜传感器装置)的实施例3的测量装置10B(倾斜传感器装置40B)中，能够以极高的精度检测可相对于基台部(基盘部12)旋转的旋转部(托架部13)的旋转轴(铅垂旋转轴Av)相对于水平面的倾斜形态。

此外，在上述的实施例3的测量装置10B(倾斜传感器装置40B)中，以通常姿态使用第一液体容器43B，并以上下逆转的姿态使用第二液体容器43C，但也能够以通常姿态使用第二液体容器43C，并以上下逆转的姿态使用第一液体容器43B，并不局限于上述的实施例3的结构。这种情况下，运算控制部65根据液体61的折射率等，考虑第一液体容器43B和第二液体容器43C中从气体(气体层)一侧向自由表面64行进时的相对于检测光44的反射光45的行进形态来计算倾斜形态。

另外，在上述的实施例3的测量装置10B(倾斜传感器装置40B)中，由第一挡板72(第一挡板驱动部74)和第二挡板73(第二挡板驱动部75)构成光路切换部。然而，光路切换部只要可选择性地切换第一引导光路47B和第二引导光路47C即可，并不局限于实施例3的结构。

此外，在上述的各实施例中，说明了作为本发明的测量装置的一个实施例的测量装置10、10A、10B，但只要是具备如下部件的测量装置即可，即上述测量装置具备：基台部；旋转部，设置成可相对于上述基台部旋转；液体容器，固定设置于上述基台部，用于封入形成自由表面的液体；照射光学系统，固定设置于上述旋转部，用于朝向上述液体容器的上述自由表面照射检测光；受光光学系统，固定设置于上述旋转部，用于使受光元件接收上述检测光被上述自由表面反射而产生的反射光；运算控制部，用于控制上述照射光学系统和上述受光光学系统，并根据来自上述受光元件的上述反射光的受光信号来运算上述旋转部的旋转轴的倾斜形态，并不局限于上述的各实施例。

另外，在上述的各实施例中，说明了作为本发明的倾斜传感器装置40的一个实施例的倾斜传感器装置40、40A、40B，但只要是具备如下部件的倾斜传感器装置即可，即上述倾斜传感器装置具备：液体容器，固定设置于基台部，用于封入形成自由表面的液体；照射光学系统，固定设置在能够相对于上述基台部旋转的旋转部，用于朝向上述液体容器的上述自由表面照射检测光；受光光学系统，固定设置于上述旋转部，用于使受光元件接收上述检测光被上述自由表面反射而产生的反射光；以及运算控制部，用于控制上述照射光学系统和上述受光光学系统，并根据来自上述受光元件的上述反射光的受光信号来运算上述旋转部的旋转轴的倾斜形态，并不局限于上述的各实施例。

进而，在上述的各实施例中，倾斜传感器装置40、40A、40B被用作作为全站仪的测量装置10、10A、10B。然而，使用本发明的倾斜传感器装置40、40A、40B的测量装置以使旋转部可相对于基台部旋转的方式设置，只要是在测量、计量、建筑信息模型(BIM，BuildingInformationModeling)领域中所使用的测量装置，例如，可以是经纬仪或三维扫描仪或激光笔(激光瞄准装置)或水准仪，也可以是其他测量装置，并不局限于上述的各实施例的结构。

在上述的各实施例中，向液体容器43等的自由表面64照射利用测量图案形成部53形成了测量图案的检测光44。然而，可利用照射光学系统41向自由表面64照射检测光44，并使受光光学系统42的受光元件46接收上述检测光44被自由表面64反射而产生的反射光45，根据受光元件46取得的受光信号Si来运算旋转部(在上述的各实施例中托架部13)的旋转轴(在上述的各实施例中，铅垂旋转轴Av)的倾斜形态即可。为此，例如，照射光学系统41可向自由表面64照射点光源，也可向自由表面64照射其他光，并不局限于上述的各实施例的结构。

以上，根据各实施例来说明了本发明的测量装置和倾斜传感器装置，但具体结构并不局限于各实施例，只要不脱离本发明的要旨，可以允许进行设计变更或追加等。

Claims (10)

1.一种测量装置，其特征在于，包括：

基台部；

旋转部，设置成能够相对于上述基台部旋转；

液体容器，固定设置于上述基台部，并用于封入形成自由表面的液体；

照射光学系统，固定设置于上述旋转部，并用于朝向上述液体容器的上述自由表面照射检测光；

受光光学系统，固定设置于上述旋转部，并用于使受光元件接收上述检测光由上述自由表面反射而产生的反射光；以及

运算控制部，用于控制上述照射光学系统和上述受光光学系统，并根据来自上述受光元件的上述反射光的受光信号来运算上述旋转部的旋转轴的倾斜形态。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，

上述照射光学系统具有用于对上述检测光形成测量图案的测量图案形成部，

上述运算控制部根据上述受光元件取得的上述反射光的测量图案来运算上述旋转部的旋转轴的倾斜形态。

3.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，上述照射光学系统具有将经由上述测量图案形成部而形成了测量图案的上述检测光形成为平行光束的准直透镜。

4.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于，

上述照射光学系统具有光源和分束器，上述光源用于朝向上述测量图案形成部射出上述检测光，上述分束器设置于上述测量图案形成部与上述准直透镜之间，

上述受光光学系统与上述照射光学系统共用上述准直透镜和上述分束器，

上述分束器用于使经过了上述测量图案形成部的上述检测光透过上述准直透镜，并且将经过了上述准直透镜的上述反射光朝向上述受光元件反射。

5.根据权利要求4所述的测量装置，其特征在于，

上述受光光学系统具有设置在上述分束器与上述受光元件之间的聚光透镜，

上述聚光透镜与上述准直透镜协作而经由上述自由表面使上述测量图案形成部和上述受光元件满足共轭的位置关系。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的测量装置，其特征在于，

上述液体容器设置有光开口部，上述光开口部在使上述旋转部位于上述基台部的铅垂方向上侧的状态下，接收从铅垂方向下侧朝向上述自由表面的上述检测光，

上述基台部设置有引导光路，上述引导光路用于使经过上述准直透镜而成为平行光束的上述检测光从上述液体容器的铅垂方向下侧朝向上述光开口部行进。

7.根据权利要求3至5中任一项所述的测量装置，其特征在于，

上述液体容器设置有光开口部，上述光开口部在使上述旋转部位于上述基台部的铅垂方向上侧的状态下，接收从铅垂方向上侧朝向上述自由表面的上述检测光，

上述基台部设置有引导光路，上述引导光路用于使经过上述准直透镜而成为平行光束的上述检测光从上述液体容器的铅垂方向上侧朝向上述光开口部行进。

8.根据权利要求3至5中任一项所述的测量装置，其特征在于，

在上述基台部中，作为上述液体容器，固定设置有第一液体容器和第二液体容器，上述第一液体容器设置有下侧光开口部，上述下侧光开口部在使上述旋转部位于上述基台部的铅垂方向上侧的状态下，接收从铅垂方向下侧朝向上述自由表面的上述检测光，上述第二液体容器设置有上侧光开口部，上述上侧光开口部在使上述旋转部位于上述基台部的铅垂方向上侧的状态下，接收从铅垂方向上侧朝向上述自由表面的上述检测光，

上述基台部设置有第一引导光路、第二引导光路和光路切换部，在使上述旋转部位于上述基台部的铅垂方向上侧的状态下，上述第一引导光路用于使经过上述准直透镜而成为平行光束的上述检测光从上述第一液体容器的铅垂方向下侧朝向上述下侧光开口部行进，上述第二引导光路用于使经过上述准直透镜而成为平行光束的上述检测光从上述第二液体容器的铅垂方向上侧朝向上述上侧光开口部行进，上述光路切换部用于选择性地切换上述第一引导光路和上述第二引导光路，

上述光路切换部使上述检测光和上述反射光通过上述第一引导光路和上述第二引导光路中的任意一方，而不使上述检测光和上述反射光通过上述第一引导光路和上述第二引导光路中的另一方。

9.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，上述运算控制部利用如下的倾斜形态来进行零点校正：在上述旋转部相对于上述基台部为规定的旋转姿态的状态下，根据从接收上述照射光学系统所照射的上述检测光由上述自由表面反射而产生的上述反射光的上述受光元件而来的上述受光信号所运算出的倾斜形态；以及在上述旋转部为相对于上述基台部从上述规定的旋转姿态旋转180度的状态下，根据从接收上述照射光学系统所照射的上述检测光由上述自由表面反射而产生的上述反射光的上述受光元件而来的上述受光信号所运算出的倾斜形态。

10.一种倾斜传感器装置，其特征在于，包括：

液体容器，固定设置于基台部，并用于封入形成自由表面的液体；

照射光学系统，固定设置在能够相对于上述基台部旋转的旋转部，并用于朝向上述液体容器的上述自由表面照射检测光；

受光光学系统，固定设置于上述旋转部，并用于使受光元件接收上述检测光由上述自由表面反射而产生的反射光；以及

运算控制部，用于控制上述照射光学系统和上述受光光学系统，并根据来自上述受光元件的上述反射光的受光信号来运算上述旋转部的旋转轴的倾斜形态。