测量装置和倾斜传感器装置的制造方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003](现有技术文献)
[0004](专利文献)
[0005]专利文献1:日本特开2007-127628号公报
[0006]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】
[0007]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。
[0008]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。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]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。
[0014]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。
[0015]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。
[0016]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。
[0017]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。
[0018]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】
[0019]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。
[0020]图2为用框图表示测量装置10的内部结构的说明图。
[0021]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。
[0022]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。
[0023]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。
[0024]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。
[0025]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。
[0026]图8为用框图表不倾斜传感器装置40B的内部结构的说明图。
[0027]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】
[0028]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。
[0029](实施例1)
[0030]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。
[0031]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Αν为旋转中心进行旋转(以下，也称为绕铅垂旋转轴Αν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。
[0032]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。
[0033]可使上述望远镜