(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台部と、
前記基台部に対して回転可能に設けられた回転部と、
前記基台部に固定して設けられ、自由表面を形成する液体を封入する液体容器と、
前記回転部に固定して設けられ、前記液体容器の前記自由表面へ向けて検出光を照射する照射光学系と、
前記回転部に固定して設けられ、前記検出光が前記自由表面で反射された反射光を受光素子に受光させる受光光学系と、
前記照射光学系と前記受光光学系とを制御するとともに、前記受光素子からの前記反射光の受光信号に基づいて前記回転部の回転軸の傾きの態様を演算する演算制御部と、を備え、
前記照射光学系は、前記検出光に測定パターンを形成する測定パターン形成部を有し、
前記演算制御部は、前記受光素子が取得した前記反射光における測定パターンに基づいて、前記回転部の回転軸の傾きの態様を演算し、
前記照射光学系は、前記測定パターン形成部を経て測定パターンが形成された前記検出光を平行光束とするコリメートレンズを有し、
前記基台部では、前記液体容器として、前記基台部の鉛直方向上側に前記回転部を位置させた状態において、鉛直方向下側から前記自由表面へ向けて前記検出光を受け入れる下側光開口部が設けられた第１液体容器と、鉛直方向上側から前記自由表面へ向けて前記検出光を受け入れる上側光開口部が設けられた第２液体容器と、が固定して設けられ、
前記基台部には、前記基台部の鉛直方向上側に前記回転部を位置させた状態において、前記コリメートレンズを経て平行光束とされた前記検出光を前記第１液体容器の鉛直方向下側から前記下側光開口部へ向けて進行させる第１案内光路と、前記コリメートレンズを経て平行光束とされた前記検出光を前記第２液体容器の鉛直方向上側から前記上側光開口部へ向けて進行させる第２案内光路と、前記第１案内光路と前記第２案内光路とを選択的に切り替える光路切替部と、が設けられ、
前記光路切替部は、前記第１案内光路と前記第２案内光路とのいずれか一方に前記検出光および前記反射光を通すとともに、いずれか他方に前記検出光および前記反射光を通さない
ることを特徴とする測定装置。
【請求項２】
前記照射光学系は、前記測定パターン形成部へ向けて前記検出光を出射する光源と、前記測定パターン形成部と前記コリメートレンズとの間に設けられたビームスプリッタと、を有し、
前記受光光学系は、前記コリメートレンズと前記ビームスプリッタとを前記照射光学系と共用し、
前記ビームスプリッタは、前記測定パターン形成部を経た前記検出光を前記コリメートレンズへと透過させるとともに、前記コリメートレンズを経た前記反射光を前記受光素子へ向けて反射することを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記受光光学系は、前記ビームスプリッタと前記受光素子との間に集光レンズを有し、
前記集光レンズは、前記コリメートレンズと協働して、前記自由表面を介して前記測定パターン形成部と前記受光素子とを共役な位置関係とすることを特徴とする請求項２に記載の測定装置。
【請求項４】
前記演算制御部は、前記基台部に対して前記回転部が所定の回転姿勢とされた状態で、前記照射光学系から前記検出光を照射して前記自由表面で反射された前記反射光を受光した前記受光素子からの前記受光信号に基づいて演算した傾きの態様と、前記基台部に対して前記回転部が前記所定の回転姿勢から１８０度回転された状態で、前記照射光学系から前記検出光を照射して前記自由表面で反射された前記反射光を受光した前記受光素子からの前記受光信号に基づいて演算した傾きの態様と、を用いて、零点の較正を行うことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項５】
基台部と、
前記基台部に対して回転可能に設けられた回転部と、
前記基台部に固定して設けられ、自由表面を形成する液体を封入する液体容器と、
前記回転部に固定して設けられ、前記液体容器の前記自由表面へ向けて検出光を照射する照射光学系と、
前記回転部に固定して設けられ、前記検出光が前記自由表面で反射された反射光を受光素子に受光させる受光光学系と、
前記照射光学系と前記受光光学系とを制御するとともに、前記受光素子からの前記反射光の受光信号に基づいて前記回転部の回転軸の傾きの態様を演算する演算制御部と、を備え、
前記照射光学系は、前記検出光に測定パターンを形成する測定パターン形成部を有し、
前記演算制御部は、前記受光素子が取得した前記反射光における測定パターンに基づいて、前記回転部の回転軸の傾きの態様を演算し、
前記照射光学系は、前記測定パターン形成部を経て測定パターンが形成された前記検出光を平行光束とするコリメートレンズを有し、
前記照射光学系は、前記測定パターン形成部へ向けて前記検出光を出射する光源と、前記測定パターン形成部と前記コリメートレンズとの間に設けられたビームスプリッタと、を有し、
前記受光光学系は、前記コリメートレンズと前記ビームスプリッタとを前記照射光学系と共用し、
前記ビームスプリッタは、前記測定パターン形成部を経た前記検出光を前記コリメートレンズへと透過させるとともに、前記コリメートレンズを経た前記反射光を前記受光素子へ向けて反射することを特徴とする測定装置。
【請求項６】
前記受光光学系は、前記ビームスプリッタと前記受光素子との間に集光レンズを有し、
前記集光レンズは、前記コリメートレンズと協働して、前記自由表面を介して前記測定パターン形成部と前記受光素子とを共役な位置関係とすることを特徴とする請求項５に記載の測定装置。
【請求項７】
基台部と、
前記基台部に対して回転可能に設けられた回転部と、
前記基台部に固定して設けられ、自由表面を形成する液体を封入する液体容器と、
前記回転部に固定して設けられ、前記液体容器の前記自由表面へ向けて検出光を照射する照射光学系と、
前記回転部に固定して設けられ、前記検出光が前記自由表面で反射された反射光を受光素子に受光させる受光光学系と、
前記照射光学系と前記受光光学系とを制御するとともに、前記受光素子からの前記反射光の受光信号に基づいて前記回転部の回転軸の傾きの態様を演算する演算制御部と、を備え、
前記照射光学系は、前記検出光に測定パターンを形成する測定パターン形成部を有し、
前記演算制御部は、前記受光素子が取得した前記反射光における測定パターンに基づいて、前記回転部の回転軸の傾きの態様を演算し、
前記照射光学系は、前記測定パターン形成部を経て測定パターンが形成された前記検出光を平行光束とするコリメートレンズを有し、
前記液体容器では、前記基台部の鉛直方向上側に前記回転部を位置させた状態において、鉛直方向下側から前記自由表面へ向けて前記検出光を受け入れる光開口部が設けられ、
前記基台部には、前記コリメートレンズを経て平行光束とされた前記検出光を前記液体容器の鉛直方向下側から前記光開口部へ向けて進行させる案内光路が設けられていることを特徴とする測定装置。
【請求項８】
基台部と、
前記基台部に対して回転可能に設けられた回転部と、
前記基台部に固定して設けられ、自由表面を形成する液体を封入する液体容器と、
前記回転部に固定して設けられ、前記液体容器の前記自由表面へ向けて検出光を照射する照射光学系と、
前記回転部に固定して設けられ、前記検出光が前記自由表面で反射された反射光を受光素子に受光させる受光光学系と、
前記照射光学系と前記受光光学系とを制御するとともに、前記受光素子からの前記反射光の受光信号に基づいて前記回転部の回転軸の傾きの態様を演算する演算制御部と、を備え、
前記演算制御部は、前記基台部に対して前記回転部が所定の回転姿勢とされた状態で、前記照射光学系から前記検出光を照射して前記自由表面で反射された前記反射光を受光した前記受光素子からの前記受光信号に基づいて演算した傾きの態様と、前記基台部に対して前記回転部が前記所定の回転姿勢から１８０度回転された状態で、前記照射光学系から前記検出光を照射して前記自由表面で反射された前記反射光を受光した前記受光素子からの前記受光信号に基づいて演算した傾きの態様と、を用いて、零点の較正を行うことを特徴とする測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基台部に対して回転可能に設けられた回転部の傾きの態様を求める測定装置および傾斜センサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、測量では、トータルステーションのような距離測定を行う測定装置を用いて、測定対象物の三次元座標位置を測定する。このような測定装置では、距離測定のための測距光を投射するとともに測定対象物からの反射光を受光して測定対象物までの光波距離測定を行うための測距部が、基台部に対して回転可能とされた回転部の内方に設けられて構成されている。その測定装置では、測定対象物の三次元座標位置を極めて高い精度で測定するために、測距部回転部）の回転軸の水平面に対する傾きの態様（傾斜角度および傾斜の方向）を極めて高い精度で検出することが求められる。このため、このような測定装置では、重力により水平を維持する液体の自由表面（液面）を利用して、水平面に対する傾きの態様を検出可能な傾斜センサ装置を用いることが考えられている（例えば、特許文献１参照）。この傾斜センサ装置では、液体の自由表面を利用するものであることから、測距部（回転部）に設けることで、測距部（回転部）の回転軸の水平面に対する傾きの態様を極めて高い精度で検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１２７６２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記した測定装置では、測距部が基台部に対して回転可能とされた回転部の内方に設けられていることから、回転部の回転に伴って傾斜センサ装置における液体の自由表面が動いてしまうので、測距部（回転部）の回転軸の水平面に対する傾きの態様を正確に検出することが困難である。このため、測定装置では、液体の自由表面を利用する傾斜センサ装置を用いる場合、基台部に対して回転可能とされる回転部（そこに設けられる測距部等）の回転軸の水平面に対する傾きの態様を極めて高い精度で検出するためには改善の余地があった。
【０００５】
本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、基台部に対して回転可能とされる回転部の回転軸の水平面に対する傾きの態様を極めて高い精度で検出することのできる測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記した課題を解決するために、本願発明の測定装置は、基台部と、前記基台部に対して回転可能に設けられた回転部と、前記基台部に固定して設けられ、自由表面を形成する液体を封入する液体容器と、前記回転部に固定して設けられ、前記液体容器の前記自由表面へ向けて検出光を照射する照射光学系と、前記回転部に固定して設けられ、前記検出光が前記自由表面で反射された反射光を受光素子に受光させる受光光学系と、前記照射光学系と前記受光光学系とを制御するとともに、前記受光素子からの前記反射光の受光信号に基づいて前記回転部の回転軸の傾きの態様を演算する演算制御部と、を備える。
【０００７】
前記照射光学系は、前記検出光に測定パターンを形成する測定パターン形成部を有し、前記演算制御部は、前記受光素子が取得した前記反射光における測定パターンに基づいて、前記回転部の回転軸の傾きの態様を演算する構成とすることができる。
【０００８】
前記照射光学系は、前記測定パターン形成部を経て測定パターンが形成された前記検出光を平行光束とするコリメートレンズを有する構成としてもよい。
【０００９】
前記照射光学系は、前記測定パターン形成部へ向けて前記検出光を出射する光源と、前記測定パターン形成部と前記コリメートレンズとの間に設けられたビームスプリッタと、を有し、前記受光光学系は、前記コリメートレンズと前記ビームスプリッタとを前記照射光学系と共用し、前記ビームスプリッタは、前記測定パターン形成部を経た前記検出光を前記コリメートレンズへと透過させるとともに、前記コリメートレンズを経た前記反射光を前記受光素子へ向けて反射する構成とすることができる。
【００１０】
前記受光光学系は、前記ビームスプリッタと前記受光素子との間に集光レンズを有し、前記集光レンズは、前記コリメートレンズと協働して、前記自由表面を介して前記測定パターン形成部と前記受光素子とを共役な位置関係とする構成としてもよい。
【００１１】
前記液体容器では、前記基台部の鉛直方向上側に前記回転部を位置させた状態において、鉛直方向下側から前記自由表面へ向けて前記検出光を受け入れる光開口部が設けられ、前記基台部には、前記コリメートレンズを経て平行光束とされた前記検出光を前記液体容器の鉛直方向下側から前記光開口部へ向けて進行させる案内光路が設けられている構成とすることができる。
【００１２】
前記液体容器では、前記基台部の鉛直方向上側に前記回転部を位置させた状態において、鉛直方向上側から前記自由表面へ向けて前記検出光を受け入れる光開口部が設けられ、前記基台部には、前記コリメートレンズを経て平行光束とされた前記検出光を前記液体容器の鉛直方向上側から前記光開口部へ向けて進行させる案内光路が設けられている構成としてもよい。
【００１３】
前記基台部では、前記液体容器として、前記基台部の鉛直方向上側に前記回転部を位置させた状態において、鉛直方向下側から前記自由表面へ向けて前記検出光を受け入れる下側光開口部が設けられた第１液体容器と、鉛直方向上側から前記自由表面へ向けて前記検出光を受け入れる上側光開口部が設けられた第２液体容器と、が固定して設けられ、前記基台部には、前記基台部の鉛直方向上側に前記回転部を位置させた状態において、前記コリメートレンズを経て平行光束とされた前記検出光を前記第１液体容器の鉛直方向下側から前記下側光開口部へ向けて進行させる第１案内光路と、前記コリメートレンズを経て平行光束とされた前記検出光を前記第２液体容器の鉛直方向上側から前記上側光開口部へ向けて進行させる第２案内光路と、前記第１案内光路と前記第２案内光路とを選択的に切り替える光路切替部と、が設けられ、前記光路切替部は、前記第１案内光路と前記第２案内光路とのいずれか一方に前記検出光および前記反射光を通すとともに、いずれか他方に前記検出光および前記反射光を通さない構成とすることができる。
【００１４】
前記演算制御部は、前記基台部に対して前記回転部が所定の回転姿勢とされた状態で、前記照射光学系から前記検出光を照射して前記自由表面で反射された前記反射光を受光した前記受光素子からの前記受光信号に基づいて演算した傾きの態様と、前記基台部に対して前記回転部が前記所定の回転姿勢から１８０度回転された状態で、前記照射光学系から前記検出光を照射して前記自由表面で反射された前記反射光を受光した前記受光素子からの前記受光信号に基づいて演算した傾きの態様と、を用いて、零点の較正を行う構成としてもよい。
【００１５】
本願発明の傾斜センサ装置は、基台部に固定して設けられ、自由表面を形成する液体を封入する液体容器と、前記基台部に対して回転可能に設けられた回転部に固定して設けられ、前記液体容器の前記自由表面へ向けて検出光を照射する照射光学系と、前記回転部に固定して設けられ、前記検出光が前記自由表面で反射された反射光を受光素子に受光させる受光光学系と、前記照射光学系と前記受光光学系とを制御するとともに、前記受光素子からの前記反射光の受光信号に基づいて前記回転部の回転軸の傾きの態様を演算する演算制御部と、を備える構成としてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の測定装置によれば、基台部に対して回転可能とされる回転部の回転軸の水平面に対する傾きの態様を極めて高い精度で検出することができる。
【００１７】
前記照射光学系は、前記検出光に測定パターンを形成する測定パターン形成部を有し、前記演算制御部は、前記受光素子が取得した前記反射光における測定パターンに基づいて、前記回転部の回転軸の傾きの態様を演算する構成があるときは、より適切にかつ精度良く回転部の回転軸の傾きの態様を求めることができる。
【００１８】
前記照射光学系は、前記測定パターン形成部を経て測定パターンが形成された前記検出光を平行光束とするコリメートレンズを有する構成とすると、回転部に固定されて設けられた照射光学系から、基台部に固定されて設けられた液体容器の自由表面までの間隔（光学的な距離）の変化に拘わらず、自由表面からの反射光を受光素子で適切に取得させることができ、回転部の回転軸の水平面に対する傾きの態様をより適切に求めることができる。
【００１９】
前記照射光学系は、前記測定パターン形成部へ向けて前記検出光を出射する光源と、前記測定パターン形成部と前記コリメートレンズとの間に設けられたビームスプリッタと、を有し、前記受光光学系は、前記コリメートレンズと前記ビームスプリッタとを前記照射光学系と共用し、前記ビームスプリッタは、前記測定パターン形成部を経た前記検出光を前記コリメートレンズへと透過させるとともに、前記コリメートレンズを経た前記反射光を前記受光素子へ向けて反射する構成とされているときは、照射光学系および受光光学系に要する部材の点数を削減することができるとともに、全体としての大きさ寸法の低減を図ることができる。
【００２０】
前記受光光学系は、前記ビームスプリッタと前記受光素子との間に集光レンズを有し、前記集光レンズは、前記コリメートレンズと協働して、前記自由表面を介して前記測定パターン形成部と前記受光素子とを共役な位置関係とする構成とすると、照射光学系から液体容器の自由表面までの間隔の変化に拘わらず、反射光における測定パターンを受光素子上に形成することができる。
【００２１】
前記液体容器では、前記基台部の鉛直方向上側に前記回転部を位置させた状態において、鉛直方向下側から前記自由表面へ向けて前記検出光を受け入れる光開口部が設けられ、前記基台部には、前記コリメートレンズを経て平行光束とされた前記検出光を前記液体容器の鉛直方向下側から前記光開口部へ向けて進行させる案内光路が設けられている構成があるときは、基台部の鉛直方向上側に回転部が設けられて構成されているものであっても、その基台部に設けた液体容器の鉛直方向下側から光開口部を経て自由表面へと検出光を進行させることができる。
【００２２】
前記液体容器では、前記基台部の鉛直方向上側に前記回転部を位置させた状態において、鉛直方向上側から前記自由表面へ向けて前記検出光を受け入れる光開口部が設けられ、前記基台部には、前記コリメートレンズを経て平行光束とされた前記検出光を前記液体容器の鉛直方向上側から前記光開口部へ向けて進行させる案内光路が設けられている構成とすると、回転部における案内光路の構成を簡易なものとすることができ、回転部に設ける部材の点数を削減することができるとともに全体としての大きさ寸法の低減を図ることができる。
【００２３】
前記基台部では、前記液体容器として、前記基台部の鉛直方向上側に前記回転部を位置させた状態において、鉛直方向下側から前記自由表面へ向けて前記検出光を受け入れる下側光開口部が設けられた第１液体容器と、鉛直方向上側から前記自由表面へ向けて前記検出光を受け入れる上側光開口部が設けられた第２液体容器と、が固定して設けられ、前記基台部には、前記基台部の鉛直方向上側に前記回転部を位置させた状態において、前記コリメートレンズを経て平行光束とされた前記検出光を前記第１液体容器の鉛直方向下側から前記下側光開口部へ向けて進行させる第１案内光路と、前記コリメートレンズを経て平行光束とされた前記検出光を前記第２液体容器の鉛直方向上側から前記上側光開口部へ向けて進行させる第２案内光路と、前記第１案内光路と前記第２案内光路とを選択的に切り替える光路切替部と、が設けられ、前記光路切替部は、前記第１案内光路と前記第２案内光路とのいずれか一方に前記検出光および前記反射光を通すとともに、いずれか他方に前記検出光および前記反射光を通さない構成とされているときは、通常の姿勢であるか上下逆転した姿勢であるかに拘わらず、基台部に対して回転可能とされる回転部の回転軸の水平面に対する傾きの態様を極めて高い精度で検出することができる。
【００２４】
前記演算制御部は、前記基台部に対して前記回転部が所定の回転姿勢とされた状態で、前記照射光学系から前記検出光を照射して前記自由表面で反射された前記反射光を受光した前記受光素子からの前記受光信号に基づいて演算した傾きの態様と、前記基台部に対して前記回転部が前記所定の回転姿勢から１８０度回転された状態で、前記照射光学系から前記検出光を照射して前記自由表面で反射された前記反射光を受光した前記受光素子からの前記受光信号に基づいて演算した傾きの態様と、を用いて、零点の較正を行う構成とすると、照射光学系（受光光学系）の主光軸を回転体の回転軸と高い精度で一致させなくても、回転軸の水平面に対する傾きの態様を極めて高い精度で求めることができる。このため、照射光学系および受光光学系の回転部への取付精度の管理を容易なものとしつつ、回転軸の傾きの態様を極めて高い精度で求めることができる。
【００２５】
基台部に固定して設けられ、自由表面を形成する液体を封入する液体容器と、前記基台部に対して回転可能に設けられた回転部に固定して設けられ、前記液体容器の前記自由表面へ向けて検出光を照射する照射光学系と、前記回転部に固定して設けられ、前記検出光が前記自由表面で反射された反射光を受光素子に受光させる受光光学系と、前記照射光学系と前記受光光学系とを制御するとともに、前記受光素子からの前記反射光の受光信号に基づいて前記回転部の回転軸の傾きの態様を演算する演算制御部と、を備える傾斜センサ装置では、基台部に対して回転可能とされる回転部の回転軸の水平面に対する傾きの態様を極めて高い精度で検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る測定装置の一例としての実施例１の測定装置１０の構成を模式的に示す説明図である。
【図２】測定装置１０の内部構成をブロック図で示す説明図である。
【図３】測定装置１０における傾斜センサ装置４０の構成を模式的に示す説明図である。
【図４】傾斜センサ装置４０の内部構成をブロック図で示す説明図である。
【図５】零点の較正を行う様子を説明するための説明図であり、（ａ）は所定の回転姿勢で傾きの態様を検出する様子を示し、（ｂ）は所定の回転姿勢から１８０度回転させた回転姿勢で傾きの態様を検出する様子を示す。
【図６】実施例２における測定装置１０Ａの傾斜センサ装置４０Ａの構成を模式的に示す図３と同様の説明図である。
【図７】実施例３における測定装置１０Ｂの傾斜センサ装置４０Ｂの構成を模式的に示す図３および図６と同様の説明図である。
【図８】傾斜センサ装置４０Ｂの内部構成をブロック図で示す説明図である。
【図９】測定装置１０Ｂ（傾斜センサ装置４０Ｂ）が上下逆転した姿勢とされた様子を模式的に示す図７と同様の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に、本願発明に係る測定装置および傾斜センサ装置の実施の形態としての各実施例について図面を参照しつつ説明する。
【実施例１】
【００２８】
先ず、本願発明に係る傾斜センサ装置の一例としての傾斜センサ装置４０、およびそれが設けられた測定装置の一例としての測定装置１０の概略的な構成について説明する。この測定装置１０は、図１に示すように、実施例１ではトータルステーションであり、測定点へ向けてパルスレーザ光線を照射し、その測定点からのパルス反射光を受光して、パルス毎に測距を行い、測距結果を平均化して高精度の距離測定を行うことができる。なお、測量機２０は、所定の周波数で変調された光ビームを用いる位相差測定方式を採用するものであってもよく、他の方式を採用するものであってもよく、実施例１に限定されるものではない。この測定装置１０は、整準部１１と、基盤部１２と、托架部１３と、望遠鏡部１４と、を備える。
【００２９】
整準部１１は、三脚１５に取付けられる箇所である。基盤部１２は、その整準部１１に対する傾斜角を変更可能に整準部１１に設けられている。托架部１３は、基盤部１２に対して鉛直回転軸Ａｖを回転中心として回転（以下では、鉛直回転軸Ａｖ回りの回転とも言う）可能に、その基盤部１２に設けられている。この托架部１３には、表示部１６と操作部１７とが設けられている。この操作部１７は、測定装置１０における各種機能を利用するための操作部であり、入力操作された情報を後述する制御部３１（図２参照）へと出力する。表示部１６は、制御部３１の制御下で、操作部１７に為された操作に基づいて各種機能を利用するための操作画面や測定結果等を表示する。
【００３０】
望遠鏡部１４は、托架部１３に対して水平回転軸Ａｈを回転中心として回転（以下では、水平回転軸Ａｈ回りの回転とも言う）可能に、その托架部１３に設けられている。その望遠鏡部１４には、測定装置１０の概略の視準方向を設定するための照星照門１８が設けられている。望遠鏡部１４は、測定対象物を視準する第２望遠鏡１９と、その第２望遠鏡１９よりも低倍率で広範囲な視野を有する第１望遠鏡２１と、を有する。この望遠鏡部１４では、第１望遠鏡２１の光学系を介して視準方向あるいは略視準方向の画像（広角画像）を取得する第１撮像部２２（図２参照）と、第２望遠鏡１９の光学系を介して視準方向の画像（望遠画像）を取得する第２撮像部２３（図２参照）と、が設けられている。その第１撮像部２２および第２撮像部２３には、例えば、撮像画像をデジタル画像信号として出力するデジタルカメラが用いられる。そして、望遠鏡部１４には、第２望遠鏡１９の光学系を共有する測距部２４および追尾部２５（図２参照）が内蔵されている。その測距部２４は、測距光を射出するとともに測定対象物からの反射光を受光して測定対象物までの光波距離測定を行う。追尾部２５は、追尾光を投射するとともに追尾対象物からの反射光を受光して追尾対象物の位置の検出を可能とする。
【００３１】
その望遠鏡部１４を水平回転軸Ａｈ回りに回転可能とする托架部１３には、水平回転駆動部２６と水平角検出部２７とが設けられている（図２参照）。その水平回転駆動部２６は、基盤部１２に対して托架部１３を鉛直回転軸Ａｖ回りにすなわち水平方向に回転させる。水平角検出部２７は、その托架部１３の基盤部１２に対する水平回転角を検出することにより、視準方向の水平角を検出（測角）する。
【００３２】
また、托架部１３には、鉛直回転駆動部２８と鉛直角検出部２９とが設けられている（図２参照）。その鉛直回転駆動部２８は、托架部１３に対して望遠鏡部１４を水平回転軸Ａｈ回りにすなわち鉛直方向に回転させる。鉛直角検出部２９は、その望遠鏡部１４の托架部１３に対する鉛直角を検出することにより、視準方向の鉛直角を検出（測角）する。
【００３３】
さらに、托架部１３には、制御部３１（図２参照）が内蔵されている。その制御部３１は、接続された記憶部３２（図２参照）に格納されたプログラムにより、測定装置１０の動作を統括的に制御する。その記憶部３２には、測定に必要な計算プログラムや、追尾に必要な計算プログラムや、画像処理を行う為の画像処理プログラムや、送信する情報を生成して送信するデータ送信プログラム等のプログラムが格納されている。
【００３４】
その制御部３１には、図２に示すように、表示部１６、操作部１７、第１撮像部２２、第２撮像部２３、測距部２４、追尾部２５、水平回転駆動部２６、水平角検出部２７、鉛直回転駆動部２８、鉛直角検出部２９、記憶部３２、通信部３３および傾斜センサ装置４０が接続されている。
【００３５】
その通信部３３は、例えば、測距部２４により測距される測定対象物となる測定端末機（図示せず）の端末側制御部と制御部３１との通信を可能とするものであり、制御部３１の制御下において記憶部３２に格納された各情報を適宜送信する。このため、制御部３１は、通信部３３を介して測定端末機の端末側制御部とのデータの遣り取りを行うことができる。
【００３６】
傾斜センサ装置４０は、測定装置１０における望遠鏡部１４（図１参照）の水平方向での回転中心（鉛直回転軸Ａｖ）の水平面に対する傾きの態様（傾斜角度および傾斜の方向）を検出する。傾斜センサ装置４０は、実施例１では、托架部１３の鉛直回転軸Ａｖの水平面に対する傾きを検出することにより、測定装置１０の望遠鏡部１４の水平方向での回転中心（鉛直回転軸Ａｖ）の水平面に対する傾きの態様を検出する。この傾斜センサ装置４０の構成については、後に詳細に説明する。傾斜センサ装置４０は、検出した測定装置１０（望遠鏡部１４）の傾きの態様（その情報）を制御部３１へと出力する。
【００３７】
制御部３１には、測距部２４、追尾部２５、水平角検出部２７、鉛直角検出部２９および傾斜センサ装置４０からの測定のための出力値が入力される。この制御部３１は、それらの出力値に基づき、距離測定、高低角、水平角の測定（算出）を行い、測定結果を記憶部３２に格納するとともに表示部１６に表示させる。第１撮像部２２および第２撮像部２３により取得（撮像）された画像（その画像データ）は、制御部３１に出力されて適宜記憶部３２に格納される。制御部３１は、入力された画像または記憶部３２に格納された画像（例えば第１撮像部２２あるいは第２撮像部２３で取得した画像）に適宜画像処理を施し、その画像を記憶部３２に格納するとともに表示部１６に表示させる。
【００３８】
その制御部３１は、水平回転駆動部２６および鉛直回転駆動部２８の駆動を制御して托架部１３および望遠鏡部１４（図１参照）を適宜回転させることにより、当該望遠鏡部１４を所定の方向に向けることができ、所定の範囲を走査することができる。また、制御部３１は、第１望遠鏡２１および第２望遠鏡１９の切り替えを制御しつつ上述した第１撮像部２２および第２撮像部２３を適宜制御することにより、所要の倍率の画像を取得する。さらに、制御部３１は、測距部２４を制御して所定の測定対象物の測距（距離測定）を行う。この制御部３１は、視準方向の高低角および水平角の測定（算出）を行うことにより、測定対象物の三次元座標位置を測定する。このとき、制御部３１は、傾斜センサ装置４０で検出した望遠鏡部１４の鉛直回転軸Ａｖの水平面に対する傾きの態様（傾斜角度および傾斜の方向）を用いて補正することで、測定対象物の三次元座標位置を極めて高い精度で測定することができる。加えて、制御部３１は、追尾部２５からの追尾対象物の位置の情報に基づいて、水平回転駆動部２６および鉛直回転駆動部２８の駆動を制御することにより、望遠鏡部１４（図１参照）を追尾対象物の方向に常に向ける（追尾する）ことができる。このため、測定装置１０では、整準部１１、基盤部１２、托架部１３、望遠鏡部１４、照星照門１８、第２望遠鏡１９（第２撮像部２３）、第１望遠鏡２１（第１撮像部２２）、測距部２４、追尾部２５、水平回転駆動部２６、水平角検出部２７、鉛直回転駆動部２８、鉛直角検出部２９および傾斜センサ装置４０が、制御部３１により駆動制御される測量ユニットとして機能する。
【００３９】
次に、本発明に係る実施例１の測定装置１０における特徴的な構成すなわち傾斜センサ装置４０の構成について、主に図３から図５を用いて説明する。その以下の説明では、上述したように構成された測定装置１０において、基盤部１２（基台部）の鉛直方向上側に托架部１３（回転部）を位置させた状態における位置関係で表すものとする。なお、図３は、傾斜センサ装置４０の構成の理解を容易なものとするために、基盤部１２（基台部）および托架部１３（回転部）を模式的に示しており、必ずしも実際の測定装置１０の構成と一致するものではない。また、図５は、零点の較正の理解を容易なものとするために、傾斜センサ装置４０における主光軸Ｏの鉛直回転軸Ａｖに対する傾斜の様子や反射光４５が受光素子４６（その受光面）に進行する様子を強調して示しており、必ずしも実際の測定装置１０の構成と一致するものではない。
【００４０】
測定装置１０に設けられた傾斜センサ装置４０は、図３に示すように、照射光学系４１と受光光学系４２と液体容器４３とを備える。その液体容器４３は、後述するように封入した液体６１の液面より、常に水平な状態を維持する自由表面６４を形成する。照射光学系４１は、液体容器４３の自由表面６４へ向けて検出光４４を照射し、受光光学系４２は、検出光４４の自由表面６４による反射光４５を受光素子４６に受光させる。この傾斜センサ装置４０では、受光光学系４２の受光素子４６で受光した反射光４５の態様を求めることにより傾きの態様を求める。これは、傾斜センサ装置４０では、水平を維持される自由表面６４に対する検出光４４の照射方向が傾きの態様に応じて変化し、その自由表面６４からの反射光４５の態様が傾きの態様に応じて変化することによる。このように、傾斜センサ装置４０は、その常に水平な状態の自由表面６４を利用することにより、絶対的な傾きすなわち水平面に対する傾き（その態様）を測定する。
【００４１】
本願発明の傾斜センサ装置４０（測定装置１０）は、照射光学系４１と受光光学系４２とが托架部１３に設けられ、液体容器４３が基盤部１２に設けられる。その托架部１３は、上述したように、基盤部１２に対して鉛直回転軸Ａｖ回りに回転可能に設けられており、その基盤部１２は、整準部１１を介して取付けられた三脚１５により動かない状態で設置される。このため、傾斜センサ装置４０（測定装置１０）では、基盤部１２が基台部として機能するとともに、その基盤部１２に対して鉛直回転軸Ａｖ回りに回転可能に設けられた托架部１３が回転部として機能する。このように、傾斜センサ装置４０（測定装置１０）では、動かない状態で設置される基盤部１２（基台部）に液体容器４３を設けることにより、その液体容器４３における自由表面６４を安定して水平な状態を維持することを可能とする。
【００４２】
そして、傾斜センサ装置４０は、上述したように托架部１３の鉛直回転軸Ａｖの水平面に対する傾きを検出するために、基本的に、照射光学系４１における光軸となる主光軸Ｏを托架部１３（回転部）の基盤部１２（基台部）に対する回転軸線である鉛直回転軸Ａｖに一致させて設けられる。ここで、基本的にと言ったのは、照射光学系４１の托架部１３（回転部）に対する組み付け公差等により、主光軸Ｏを鉛直回転軸Ａｖに必ずしも一致しないことが生じ得ることによる。この傾斜センサ装置４０（測定装置１０）における詳細な構成を以下で説明する。
【００４３】
傾斜センサ装置４０では、回転部としての托架部１３に、光源５１とコンデンサレンズ５２と測定パターン形成部５３とビームスプリッタ５４とコリメートレンズ５５と集光レンズ５６と受光素子４６とが設けられている。また、傾斜センサ装置４０では、基台部としての基盤部１２に、第１ミラー５７と第２ミラー５８と液体容器４３とが設けられている。
【００４４】
その光源５１は、液体容器４３の自由表面６４を照射する検出光４４を出射するものであり、実施例１ではＬＥＤ光源を用いて構成されている。光源５１は、後述する演算制御部６５（図４参照）により点灯制御される。この光源５１は、傾斜センサ装置４０（照射光学系４１）の主光軸Ｏ上に設けられ、その主光軸Ｏに沿って検出光４４を出射する。
【００４５】
コンデンサレンズ５２は、主光軸Ｏ上に設けられ、光源５１から出射された検出光４４を所定の形状に適宜成形することにより、検出光４４で測定パターン形成部５３を適切に照射させる。この適切な照射とは、後述するように測定パターン形成部５３を全体に渡って検出光４４で照射することを言う。なお、光源５１は、コンデンサレンズ５２との協働により、測定パターン形成部５３を照射する検出光４４を出射するものであれば、他の光源を用いるものであってもよく、実施例１の構成に限定されるものではない。
【００４６】
測定パターン形成部５３は、主光軸Ｏ上に設けられ、検出光４４を測定パターン光束とする、すなわち検出光４４に測定パターンを形成する。その測定パターンは、検出光４４の進行方向に直交する平面上において互いに交わる２つの方向（例えば図３の紙面の左右方向と当該紙面に直交する方向）の傾きを検出するための図柄である。この測定パターンの構成については、従来（例えば特許文献１参照）と同様であることから詳細な説明は省略する。測定パターン形成部５３は、実施例１では、測定パターンを形成する箇所で検出光４４（光束）を透過させるものとされ、測定パターンの箇所を明るいものとするとともに、それ以外の箇所を暗いものとする。このため、測定パターン形成部５３では、自らを照射する検出光４４（光束）を透過させることにより、検出光４４を測定パターン光束とする。
【００４７】
ビームスプリッタ５４は、主光軸Ｏ上に設けられ、傾斜面５４ａを有する。このビームスプリッタ５４は、測定パターン形成部５３を透過して測定パターン光束とされた検出光４４を透過させるとともに、後述するようにコリメートレンズ５５を経て進行してくる反射光４５を傾斜面５４ａで反射する。傾斜センサ装置４０では、図示は略すがビームスプリッタ５４の構成に応じて、そのビームスプリッタ５４に至る光路上に適宜偏光板や１/４波長板を設けるものとしてもよい。
【００４８】
コリメートレンズ５５は、主光軸Ｏ上に設けられ、ビームスプリッタ５４を透過した測定パターン光束とされた検出光４４を平行光束とする。これら光源５１、コンデンサレンズ５２、測定パターン形成部５３、ビームスプリッタ５４およびコリメートレンズ５５は、托架部１３（回転部）に固定されて設けられており、それらの位置関係が固定されている。そのコリメートレンズ５５を経て平行光束とされた検出光４４は、主光軸Ｏ上で基盤部１２（基台部）に設けられた第１ミラー５７へ向けて進行する。
【００４９】
その第１ミラー５７は、基盤部１２（基台部）において主光軸Ｏ上に設けられ、コリメートレンズ５５を経て平行光束とされた検出光４４を、第２ミラー５８へ向けて反射する。その第２ミラー５８は、第１ミラー５７により反射された平行光束の検出光４４を鉛直方向下方から液体容器４３へと向けて反射する。
【００５０】
その液体容器４３は、例えばシリコンオイル等のように適度の粘性を有する液体６１を気体とともに収容しており、鉛直方向下方となる底面に光開口部６２が設けられている。その光開口部６２には、少なくとも検出光４４（反射光４５）の透過を許す材料から為る透過部材６３が嵌め込まれて封じられている。このため、液体容器４３では、液体６１と気体とが封入されているとともに、光開口部６２（その透過部材６３）を経ることで鉛直方向下方から液体６１へと検出光４４（反射光４５）が進行することが可能とされている。この液体容器４３は、封入された液体６１の気体との境界となる液面により、重力により水平を維持する自由表面６４を形成する。液体容器４３では、第１ミラー５７および第２ミラー５８により鉛直方向下方から液体容器４３へ向けて進行された検出光４４が、光開口部６２（透過部材６３）を経て液体６１へと進行して、その液面である自由表面６４に至る。すると、その検出光４４の一部は、自由表面６４で反射されて反射光４５となり、その反射光４５が光開口部６２（透過部材６３）を経て液体容器４３から鉛直方向下方へと進行する。その反射光４５は、測定パターン光束とされた検出光４４が自由表面６４で反射されたものであることから、検出光４４と同様に測定パターン光束とされている。
【００５１】
その反射光４５は、第１ミラー５７および第２ミラー５８で反射されることで、托架部１３（回転部）に設けられたコリメートレンズ５５へと進行し、そのコリメートレンズ５５を経てビームスプリッタ５４へと進行する。そして、反射光４５は、ビームスプリッタ５４の傾斜面５４ａで反射されて、集光レンズ５６へと向かう。すなわち、集光レンズ５６は、托架部１３（回転部）において、傾斜センサ装置４０（照射光学系４１）の主光軸Ｏ上を進行する反射光４５の傾斜面５４ａによる反射方向に設けられている。その集光レンズ５６は、コリメートレンズ５５およびビームスプリッタ５４の傾斜面５４ａを経た反射光４５を、受光素子４６（その受光面）上で結像させる。すなわち、集光レンズ５６は、コリメートレンズ５５と協働して、自由表面６４を介して測定パターン形成部５３（その測定パターン）と受光素子４６（その受光面）とを共役な位置関係とする。
【００５２】
その受光素子４６は、集光レンズ５６の光軸方向に直交する平面に沿う矩形状の画像を取得することが可能とされている所謂エリアセンサである。受光素子４６は、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサ等を用いて構成することができる。この受光素子４６は、集光レンズ５６により結像された測定パターン光束とされた反射光４５を受光して、その受光（各画素での受光量）に応じた検出値としての受光信号Ｓｉを演算制御部６５（図４参照）へと出力する。
【００５３】
その演算制御部６５は、図４に示すように、受光素子４６と光源５１とに接続されている。演算制御部６５は、受光素子４６および光源５１の駆動を制御するとともに、受光素子４６からの受光信号Ｓｉを取得することができる。この演算制御部６５は、取得した受光信号Ｓｉに基づいて傾斜センサ装置４０（照射光学系４１）の主光軸Ｏの傾きの態様（傾斜角度および傾斜の方向）を演算する。その傾きの態様は、受光素子４６で受光した反射光４５の態様、すなわち受光素子４６が受光する測定パターンの基準状態からの変化の態様に基づいて、求めることができる。これは、傾斜センサ装置４０では、水平を維持する自由表面６４に対する検出光４４の照射方向が傾きの態様に応じて変化し、その自由表面６４からの反射光４５の態様が傾きの態様に応じて変化することによる。この傾きの態様の求め方については、従来（例えば特許文献１参照）と同様であることから詳細な説明は省略する。ここで、液体容器４３では、鉛直方向下方から液体６１に検出光４４が進行し自由表面６４で反射された反射光４５が鉛直方向下方へと進行する際の検出光４４に対する反射光４５の進行の態様が、液体６１の屈折率等により変化する。このため、演算制御部６５では、液体６１の屈折率等に基づいて、液体容器４３において液体６１（液体層）側から自由表面６４に進行した際の検出光４４に対する反射光４５の進行の態様を考慮して傾きの態様を算出するように設定されている。そして、演算制御部６５は、算出した主光軸Ｏの傾きの態様（傾斜角度および傾斜の方向）を、傾斜センサ装置４０での検出値（検出信号）として制御部３１（図２参照）へと出力する。
【００５４】
次に、傾斜センサ装置４０における傾きの態様を検出する際の動作について説明する。先ず、演算制御部６５の制御下で、光源５１が点灯されるとともに、受光素子４６が受光を開始する。すると、図３に示すように、托架部１３（回転部）において、光源５１から検出光４４が射出され、その検出光４４がコンデンサレンズ５２を経ることで測定パターン形成部５３を全体に渡って照射する。その検出光４４は、測定パターン形成部５３を透過することで測定パターン光束とされ、ビームスプリッタ５４を透過してコリメートレンズ５５へと進行する。測定パターン光束とされた検出光４４は、コリメートレンズ５５を経ることで平行光束とされて、基盤部１２（基台部）に設けられた第１ミラー５７へ向けて進行する。
【００５５】
すると、平行光束とされた検出光４４は、基盤部１２（基台部）において、第１ミラー５７および第２ミラー５８で反射されて、鉛直方向下方から液体容器４３（その光開口部６２）へ向けて進行する。その検出光４４は、光開口部６２（透過部材６３）を経て、液体容器４３に封入された液体６１へと進行して、その液面である自由表面６４に至る。このため、傾斜センサ装置４０では、光源５１、コンデンサレンズ５２、測定パターン形成部５３、ビームスプリッタ５４およびコリメートレンズ５５が、托架部１３（回転部）に固定されて設けられ、液体容器４３の自由表面６４へ向けて検出光４４を照射する照射光学系４１として機能する。また、第１ミラー５７および第２ミラー５８は、基盤部１２（基台部）に固定されて設けられ、照射光学系４１においてコリメートレンズ５５を経て平行光束とされた検出光４４を、鉛直方向下方から液体容器４３の光開口部６２（透過部材６３）へ向けて進行させる案内光路４７として機能する。
【００５６】
その自由表面６４に至った検出光４４の一部は、自由表面６４で反射されて反射光４５となり、その反射光４５が光開口部６２（透過部材６３）を経て液体容器４３から鉛直方向下方へと進行する。その反射光４５は、第２ミラー５８および第１ミラー５７で反射されて、托架部１３（回転部）に設けられたコリメートレンズ５５へ向けて進行する。すると、反射光４５は、コリメートレンズ５５を経てビームスプリッタ５４へと進行し、その傾斜面５４ａで反射されることで集光レンズ５６へ向けて進行する。そして、反射光４５は、集光レンズ５６を経ることで受光素子４６（その受光面）に至り、その受光素子４６（その受光面）上に測定パターンが結像される。
【００５７】
このため、傾斜センサ装置４０では、コリメートレンズ５５、ビームスプリッタ５４および集光レンズ５６が、托架部１３（回転部）に固定されて設けられ、自由表面６４で反射された反射光４５を受光素子４６に受光させる受光光学系４２として機能する。このことから、演算制御部６５は、受光素子４６すなわち受光光学系４２と光源５１すなわち照射光学系４１との駆動を制御する。また、第２ミラー５８および第１ミラー５７は、基盤部１２（基台部）に固定されて設けられ、自由表面６４で反射された反射光４５を受光光学系４２（そのコリメートレンズ５５）へ向けて進行させる案内光路４７として機能する。このことから、傾斜センサ装置４０では、照射光学系４１と受光光学系４２とが、コリメートレンズ５５およびビームスプリッタ５４を共用している。このため、傾斜センサ装置４０では、光源５１からコリメートレンズ５５を経る照射光学系４１の主光軸Ｏ上で、受光光学系４２がコリメートレンズ５５を経てビームスプリッタ５４へと反射光４５を進行させる。
【００５８】
そして、傾斜センサ装置４０では、図４に示すように、測定パターン光束とされた反射光４５の受光（各画素での受光量）に応じた検出値としての受光信号Ｓｉを演算制御部６５へと出力する。その演算制御部６５では、受光信号Ｓｉから受光素子４６（その受光面）上に形成された測定パターンを取得し、その測定パターンの基準状態からの変化の態様に基づいて、傾斜センサ装置４０の主光軸Ｏの水平面に対する傾きの態様を演算する。これにより、演算制御部６５は、受光信号Ｓｉに基づいて、基盤部１２（基台部）に対する回転中心となる托架部１３（回転部）の鉛直回転軸Ａｖの水平面に対する傾きの態様（傾斜角度および傾斜の方向）を求めることができる。
【００５９】
ここで、傾斜センサ装置４０（測定装置１０）では、光源５１等の托架部１３（回転部）に対する組み付け公差等が生じ得ることにより、主光軸Ｏが鉛直回転軸Ａｖと必ずしも一致しないことが考えられる。特に、測定装置１０では、極めて高い精度で距離測定を行うことが要求されることから、傾斜センサ装置４０においては秒単位で傾斜角度を正確に検出することが求められる。このため、この精度を満たすべく主光軸Ｏを鉛直回転軸Ａｖと完全に一致させることは困難である。
【００６０】
このことから、傾斜センサ装置４０（測定装置１０）では、傾きの態様を検出するための基準となる零点（鉛直回転軸Ａｖが水平面に直交する状態であるときの主光軸Ｏの傾きの態様）の較正を行う。この零点の較正では、図５（ａ）に示すように、基盤部１２（基台部）に対する托架部１３（回転部）の鉛直回転軸Ａｖ回りの回転姿勢を所定の回転姿勢として、上記したように傾斜センサ装置４０の主光軸Ｏの傾きの態様を求める。また、零点の較正では、その後、図５（ｂ）に示すように、基盤部１２（基台部）に対して托架部１３（回転部）を鉛直回転軸Ａｖ回りに１８０度回転させて、上記したように傾斜センサ装置４０の主光軸Ｏの傾きの態様を求める。すると、上記した２つの回転姿勢では、図５の（ａ）と（ｂ）とを比較しても解るように、液体容器４３の自由表面６４は常に水平な状態を維持することに対し、傾斜センサ装置４０の主光軸Ｏが鉛直回転軸Ａｖに関して回転対称な位置関係となる。加えて、傾斜センサ装置４０の回転に伴って検出光４４に形成される測定パターンが回転されることに対し、受光素子４６（受光面）における反射光４５の入射位置の変位する方向が一定（図５の例では（ａ）、（ｂ）ともに正面視して上側）である。このため、上記した２つの回転姿勢では、受光素子４６（その受光面）上において、鉛直回転軸Ａｖに対する傾斜センサ装置４０の主光軸Ｏの傾きの態様に応じて回転対称に測定パターンが形成される。このことから、２つの回転姿勢での受光素子４６（その受光面）上における２つの測定パターンの平均値を求めることで、鉛直回転軸Ａｖに対する傾斜センサ装置４０の主光軸Ｏの傾きを相殺することができ、主光軸Ｏの適切な零点へのオフセット量を求めることができる。これにより、傾斜センサ装置４０（測定装置１０）では、傾きの態様を検出するための基準となる零点の較正を行うことができる。このため、傾斜センサ装置４０（測定装置１０）では、軸ブレに起因する角度検出誤差を打ち消して、高い精度で托架部１３（回転部）の鉛直回転軸Ａｖの傾きの態様（傾斜角度および傾斜の方向）を求めることが可能となる。
【００６１】
次に、基台部に対して回転部が回転可能とされた測定装置における当該回転部の回転軸の水平面に対する傾きの態様を、重力により水平を保つ液体の自由表面を利用する傾斜センサ装置を用いて検出する際の従来の技術の課題について説明する。
【００６２】
従来の傾斜センサ装置では、液体を封入して自由表面を形成する液体容器が照射光学系の鉛直方向上側に設けられ、その照射光学系と一部の光学部材を共用して受光光学系が設けられており、それらが単一の筐体内に収容されて構成されている。このため、従来の傾斜センサ装置では、回転部内に設けることで当該回転部の回転軸の水平面に対する傾きの態様を極めて高い精度で検出することができる。ところが、測定装置では、回転部が基台部に対して回転可能とされていることから、回転部の回転に伴って傾斜センサ装置における液体の自由表面が動いてしまう。傾斜センサ装置では、自由表面が水平な状態であることを前提とするものであることから、自由表面が動いてしまうと傾きの態様を極めて高い精度で検出することができなくなってしまう。
【００６３】
このため、測定装置では、自由表面が安定するまで待つことで、傾斜センサ装置により極めて高い精度で傾きの態様を検出することが考えらえるが、使い勝手の低下を招くとともに測定作業に要する時間の増大を招いてしまう。このことは、例えば、極寒の地で測定装置を用いた場合には、液体容器に封入した液体の粘性が上がることから、自由表面が安定するまでに要する時間が長くなるので、更なる使い勝手の低下と測定作業に要する時間の増大とを招いてしまう。加えて、測定装置では、上記した実施例１の測定装置１０のように追尾対象物を追尾する機能を有するものである場合、追尾対象物の移動に応じて回転部が基台部に対して回転されることとなる。このため、測定装置では、回転部の回転により傾斜センサ装置の液体容器の自由表面が動いてしまうので、追尾動作の際に追尾対象物の位置を高い精度で測定することができなくなってしまう。ここで、測定装置では、自由表面が動かない程度に回転部を低速で回転させることにより、傾斜センサ装置で傾きの態様を極めて高い精度で検出することができるが、やはり使い勝手の低下を招くとともに測定作業に要する時間の増大を招いてしまう。このことから、従来の測定装置では、重力により水平を保つ液体の自由表面を利用する傾斜センサ装置を用いると、使い勝手の低下や測定作業に要する時間の増大を招くことなく、回転部の水平面に対する傾きの態様を正確に検出することが困難である。
【００６４】
これに対して、本発明に係る測定装置（傾斜センサ装置）の一実施例としての測定装置１０（傾斜センサ装置４０）では、液体容器４３が基盤部１２（基台部）に設けられている。その基盤部１２（基台部）は、托架部１３（回転部）を鉛直回転軸Ａｖ回りに回転可能に支持するものであって固定されて設けられる。このため、液体容器４３では、托架部１３（回転部）の鉛直回転軸Ａｖ回りに回転に拘わらず自由表面６４が動くことが防止される。これにより、測定装置１０（傾斜センサ装置４０）では、托架部１３（回転部）の鉛直回転軸Ａｖ回りの回転に拘わらず、托架部１３（回転部）の鉛直回転軸Ａｖの水平面に対する傾きの態様（傾斜角度および傾斜の方向）を極めて高い精度で検出することができる。
【００６５】
また、測定装置１０（傾斜センサ装置４０）では、托架部１３（回転部）の鉛直回転軸Ａｖ回りの回転に拘わらず自由表面６４が動かないことから、回転された直後（途中）であっても托架部１３（回転部）の鉛直回転軸Ａｖの水平面に対する傾きの態様を極めて高い精度で検出することができる。このため、測定装置１０（傾斜センサ装置４０）では、使い勝手を向上させることができるとともに、測定作業に要する時間の低減を図ることができる。このことは、例えば、極寒の地で測定装置１０（傾斜センサ装置４０）を用いた場合には、より効果的となる。
【００６６】
さらに、測定装置１０（傾斜センサ装置４０）では、托架部１３（回転部）の鉛直回転軸Ａｖ回りの回転に拘わらず自由表面６４が動かないことから、追尾部２５からの情報に基づいて望遠鏡部１４で追尾対象物を追尾している際であっても托架部１３（回転部）の鉛直回転軸Ａｖの水平面に対する傾きの態様を極めて高い精度で検出することができる。このため、測定装置１０（傾斜センサ装置４０）では、追尾動作の際に追尾対象物の位置を高い精度で測定することができる。
【００６７】
測定装置１０（傾斜センサ装置４０）では、托架部１３（回転部）の鉛直回転軸Ａｖ回りの回転に拘わらず自由表面６４が動かないことから、托架部１３（回転部）の回転動作を制限（例えば低速で回転させる）することなく、鉛直回転軸Ａｖの水平面に対する傾きの態様を極めて高い精度で検出することができる。このため、測定装置１０（傾斜センサ装置４０）では、より使い勝手を向上させることができるとともに、測定作業に要する時間の低減を図ることができる。
【００６８】
測定装置１０（傾斜センサ装置４０）では、測定パターン形成部５３で検出光４４に測定パターンを形成し（測定パターン光束とし）、その検出光４４の自由表面６４による反射光４５を受光素子４６（その受光面）で取得する。そして、測定装置１０（傾斜センサ装置４０）では、受光信号Ｓｉから受光素子４６（その受光面）上に形成された測定パターンを取得し、その測定パターンの基準状態からの変化の態様に基づいて、鉛直回転軸Ａｖの水平面に対する傾きの態様を演算する。このため、測定装置１０（傾斜センサ装置４０）では、より適切にかつ精度良く鉛直回転軸Ａｖの傾きの態様を求めることができる。
【００６９】
測定装置１０（傾斜センサ装置４０）では、検出光４４を自由表面６４へ向けて照射する照射光学系４１において、測定パターン形成部５３を経て測定パターンが形成された検出光４４を平行光束とするコリメートレンズ５５が設けられている。このため、測定装置１０（傾斜センサ装置４０）では、托架部１３（回転部）に固定されて設けられた照射光学系４１から、基盤部１２（基台部）に固定されて設けられた液体容器４３の自由表面６４までの間隔（光学的な距離）の変化に拘わらず、自由表面６４からの反射光４５を受光素子４６（その受光面）で適切に取得させることができる。これにより、測定装置１０（傾斜センサ装置４０）では、受光素子４６（その受光面）上に形成された測定パターンの基準状態からの変化の態様に基づいて、鉛直回転軸Ａｖの水平面に対する傾きの態様をより適切に求めることができる。
【００７０】
測定装置１０（傾斜センサ装置４０）では、照射光学系４１と受光光学系４２とが、ビームスプリッタ５４およびコリメートレンズ５５を共用する。また、測定装置１０（傾斜センサ装置４０）では、ビームスプリッタ５４が、測定パターン形成部５３を経た検出光４４をコリメートレンズ５５へと透過させるとともに、コリメートレンズ５５を経た反射光４５を受光素子４６へ向けて反射する。このため、測定装置１０（傾斜センサ装置４０）では、照射光学系４１および受光光学系４２に要する部材の点数を削減することができるとともに、全体としての大きさ寸法の低減を図ることができる。
【００７１】
測定装置１０（傾斜センサ装置４０）では、受光光学系４２において、コリメートレンズ５５と協働して自由表面６４を介して測定パターン形成部５３と受光素子４６とを共役な位置関係とする集光レンズ５６が、ビームスプリッタ５４と受光素子４６との間に設けられている。このため、測定装置１０（傾斜センサ装置４０）では、照射光学系４１から液体容器４３の自由表面６４までの間隔の変化に拘わらず、反射光４５における測定パターンを受光素子４６（その受光面）上に形成することができる。
【００７２】
測定装置１０（傾斜センサ装置４０）では、基盤部１２（基台部）の鉛直方向上側に托架部１３（回転部）を位置させた状態において、鉛直方向下側から自由表面６４へ向けて検出光４４を受け入れる光開口部６２が液体容器４３に設けられている。また、測定装置１０（傾斜センサ装置４０）では、基盤部１２（基台部）において、コリメートレンズ５５を経て平行光束とされた検出光４４を液体容器４３の鉛直方向下側から光開口部６２へ向けて進行させる案内光路４７が設けられている。このため、測定装置１０（傾斜センサ装置４０）では、基盤部１２（基台部）の鉛直方向上側に托架部１３（回転部）が設けられて構成されているものであっても、その基盤部１２（基台部）に設けた液体容器４３の鉛直方向下側から光開口部６２を経て自由表面６４へと検出光４４を進行させることができる。これにより、測定装置１０（傾斜センサ装置４０）では、液体を封入して自由表面を形成する液体容器を照射光学系の鉛直方向上側に設けて構成される従来の傾斜センサ装置における当該液体容器を液体容器４３として用いることができる。よって、測定装置１０（傾斜センサ装置４０）では、簡易にかつ容易に製造することができる。
【００７３】
測定装置１０（傾斜センサ装置４０）では、基盤部１２（基台部）に対して托架部１３（回転部）が所定の回転姿勢とされた状態で演算した主光軸Ｏの傾きの態様と、基盤部１２（基台部）に対して托架部１３（回転部）が所定の回転姿勢から１８０度回転された状態で演算した主光軸Ｏの傾きの態様と、を用いて零点の較正を行う。このため、測定装置１０（傾斜センサ装置４０）では、主光軸Ｏを鉛直回転軸Ａｖと高い精度で一致させなくても、托架部１３（回転部）の鉛直回転軸Ａｖの水平面に対する傾きの態様（傾斜角度および傾斜の方向）を極めて高い精度で求めることができる。このことから、測定装置１０（傾斜センサ装置４０）では、照射光学系４１および受光光学系４２の托架部１３（回転部）への取付精度の管理を容易なものとしつつ、鉛直回転軸Ａｖの傾きの態様を極めて高い精度で求めることができる。
【００７４】
測定装置１０（傾斜センサ装置４０）では、托架部１３（回転部）の鉛直回転軸Ａｖ回りの回転に拘わらず自由表面６４が動かないことから、測定対象物の三次元座標位置を測定している最中であっても常に零点の較正（基準となる零点へのオフセット量の更新）を行うことができる。このため、測定装置１０（傾斜センサ装置４０）では、より適切に托架部１３（回転部）の鉛直回転軸Ａｖの水平面に対する傾きの態様（傾斜角度および傾斜の方向）を検出することができる。
【００７５】
したがって、本発明に係る測定装置（傾斜センサ装置）の一実施例としての測定装置１０（傾斜センサ装置４０）では、基台部（基盤部１２）に対して回転可能とされる回転部（托架部１３）の回転軸（鉛直回転軸Ａｖ）の水平面に対する傾きの態様を極めて高い精度で検出することができる。
【００７６】
なお、上記した実施例１の測定装置１０（傾斜センサ装置４０）では、基盤部１２（基台部）の鉛直方向上側に托架部１３（回転部）を位置させた状態（図１参照）である通常の姿勢で用いることとしている。しかしながら、その通常の姿勢から上下を逆転させた姿勢（上下逆転した姿勢）で用いるものとしてもよく、上記した実施例１の構成に限定されるものではない。その場合、演算制御部６５を、液体６１の屈折率等に基づいて、液体容器４３において気体（気体層）側から自由表面６４に進行した際の検出光４４に対する反射光４５の進行の態様を考慮して傾きの態様を算出するものとする。
【実施例２】
【００７７】
次に、本発明の実施例２の傾斜センサ装置としての傾斜センサ装置４０Ａ、およびそれが設けられた測定装置の一例としての測定装置１０Ａについて、図６を用いて説明する。この実施例２の傾斜センサ装置４０Ａは、液体容器４３Ａの構成が実施例１の液体容器４３とは異なる例である。この実施例２の傾斜センサ装置４０Ａは、基本的な構成および動作は上記した実施例１の傾斜センサ装置４０と同様であることから、等しい構成の個所には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。また、実施例２の測定装置１０Ａは、傾斜センサ装置４０に替えて実施例２の傾斜センサ装置４０Ａを用いることを除くと実施例１と同様であることから、等しい構成の個所には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００７８】
実施例２の傾斜センサ装置４０Ａでは、図６に示すように、基盤部１２（基台部）に設けられた液体容器４３Ａにおいて、光開口部６２Ａが鉛直方向上側に設けられ、その光開口部６２Ａに透過部材６３が封止的に嵌め込まれている。これに伴って、基盤部１２（基台部）では、托架部１３（回転部）に設けられた照射光学系４１の主光軸Ｏ上に光開口部６２Ａ（その透過部材６３）が位置するように液体容器４３Ａが設けられている。
【００７９】
このため、液体容器４３Ａでは、托架部１３（回転部）の照射光学系４１のコリメートレンズ５５を経て平行光束とされた検出光４４が、何らの光学部材を経ることなく鉛直方向上側から光開口部６２Ａ（その透過部材６３）へと進行する。このことから、基盤部１２（基台部）では、コリメートレンズ５５から光開口部６２Ａ（その透過部材６３）へと至る空間が、コリメートレンズ５５を経て平行光束とされた検出光４４を液体容器４３Ａの鉛直方向上側から光開口部６２Ａへ向けて進行させる案内光路４７Ａとして機能する。
【００８０】
この傾斜センサ装置４０Ａでは、実施例１の傾斜センサ装置４０と同様に、托架部１３（回転部）のコリメートレンズ５５を経て平行光束とされた検出光４４が、照射光学系４１の主光軸Ｏ上で鉛直方向下方へ向けて進行する。すると、平行光束とされた検出光４４は、基盤部１２（基台部）において、鉛直方向上方から液体容器４３Ａ（その光開口部６２Ａ）へ向けて進行する。その検出光４４は、光開口部６２Ａ（透過部材６３）を経て、液体６１とともに封入されている気体（気体層）へと進行して、気体と液体６１との境界となる液面である自由表面６４に至る。その自由表面６４に至った検出光４４の一部は、自由表面６４で反射されて反射光４５となり、その反射光４５が光開口部６２Ａ（透過部材６３）を経て液体容器４３Ａから鉛直方向上方へと進行し、托架部１３（回転部）に設けられたコリメートレンズ５５へ向けて進行する。すると、反射光４５は、実施例１の傾斜センサ装置４０と同様に、コリメートレンズ５５、ビームスプリッタ５４および集光レンズ５６を経て受光素子４６（その受光面）に至り、その受光素子４６（その受光面）上に測定パターンが結像される。
【００８１】
この傾斜センサ装置４０Ａでは、演算制御部６５が、液体６１の屈折率等に基づいて、液体容器４３Ａにおいて気体（気体層）側から自由表面６４に進行した際の検出光４４に対する反射光４５の進行の態様を考慮して傾きの態様を算出するものとされている。これにより、傾斜センサ装置４０Ａでは、実施例１の傾斜センサ装置４０と同様に、演算制御部６５が、受光信号Ｓｉに基づいて基盤部１２（基台部）に対して鉛直回転軸Ａｖ回りに回転可能とされた托架部１３（回転部）の鉛直回転軸Ａｖの水平面に対する傾きの態様（傾斜角度および傾斜の方向）を求める。
【００８２】
実施例２の測定装置１０Ａ（傾斜センサ装置４０Ａ）では、基本的に実施例１の測定装置１０（傾斜センサ装置４０）と同様の構成であることから、基本的に実施例１と同様の効果を得ることができる。
【００８３】
それに加えて、実施例２の測定装置１０Ａ（傾斜センサ装置４０Ａ）では、鉛直方向上側から液体容器４３Ａの光開口部６２Ａ（透過部材６３）へと検出光４４を進行させることができる。このため、測定装置１０Ａ（傾斜センサ装置４０Ａ）では、托架部１３（回転部）における案内光路４７Ａの構成を簡易なものとすることができ、托架部１３（回転部）に設ける部材の点数を削減することができるとともに全体としての大きさ寸法の低減を図ることができる。
【００８４】
したがって、本発明に係る測定装置（傾斜センサ装置）の実施例２の測定装置１０Ａ（傾斜センサ装置４０Ａ）では、基台部（基盤部１２）に対して回転可能とされる回転部（托架部１３）の回転軸（鉛直回転軸Ａｖ）の水平面に対する傾きの態様を極めて高い精度で検出することができる。
【００８５】
なお、上記した実施例２の測定装置１０Ａ（傾斜センサ装置４０Ａ）では、基盤部１２（基台部）の鉛直方向上側に托架部１３（回転部）を位置させた状態（図６参照）である通常の姿勢で用いることとしている。しかしながら、その通常の姿勢から上下を逆転させた姿勢（上下逆転した姿勢）で用いるものとしてもよく、上記した実施例２の構成に限定されるものではない。その場合、演算制御部６５を、液体６１の屈折率等に基づいて、液体容器４３において液体６１（液体層）側から自由表面６４に進行した際の検出光４４に対する反射光４５の進行の態様を考慮して傾きの態様を算出するものとする。
【実施例３】
【００８６】
次に、本発明の実施例３の傾斜センサ装置としての傾斜センサ装置４０Ｂ、およびそれが設けられた測定装置の一例としての測定装置１０Ｂについて、図７から図９を用いて説明する。この実施例３の傾斜センサ装置４０Ｂは、測定装置１０Ｂが上下逆転された場合であっても傾きの態様を極めて高い精度で検出することを可能とする例である。これは、測定装置（測定装置１０Ｂ）では、上下逆転された状態で使用される場合があることによる。この実施例３の傾斜センサ装置４０Ｂは、基本的な構成および動作は上記した実施例１の傾斜センサ装置４０と同様であることから、等しい構成の個所には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。また、実施例３の測定装置１０Ｂは、傾斜センサ装置４０に替えて実施例３の傾斜センサ装置４０Ｂを用いることを除くと実施例１と同様であることから、等しい構成の個所には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００８７】
実施例３の傾斜センサ装置４０Ｂでは、図７に示すように、基盤部１２（基台部）に、第１液体容器４３Ｂと第２液体容器４３Ｃとが設けられている。その第１液体容器４３Ｂは、実施例１の液体容器４３と同様の構成であり、鉛直方向下側に下側光開口部６２Ｂ（透過部材６３）が設けられている。第２液体容器４３Ｃは、実施例１の液体容器４３と同様の構成であり、上側光開口部６２Ｃ（透過部材６３）が設けられている。この第２液体容器４３Ｃは、実施例１の液体容器４３と異なり、基盤部１２（基台部）において、照射光学系４１の主光軸Ｏ上で上側光開口部６２Ｃ（透過部材６３）を鉛直方向上側に向けて設けられている。このため、第２液体容器４３Ｃは、実質的に、実施例２の液体容器４３Ａと同様の構成とされている。
【００８８】
これに伴って、基盤部１２（基台部）では、第１ミラー７１と第２ミラー５８と第１シャッタ７２と第２シャッタ７３とが設けられている。その第１ミラー７１は、主光軸Ｏ上に設けられ、実施例３ではハーフミラーで構成されている。第１ミラー７１は、コリメートレンズ５５を経て平行光束とされた検出光４４の一部を第２ミラー５８へ向けて反射するとともに、当該検出光４４の他部を透過させる。なお、第１ミラー７１は、検出光４４の一部を第２ミラー５８へ向けて反射するとともに他部を透過させるものであれば、他の光学素子で構成されていてもよく、実施例３の構成に限定されるものではない。その第２ミラー５８は、実施例１の傾斜センサ装置４０と同様であり、第１ミラー５７により反射された平行光束の検出光４４を鉛直方向下方から第１液体容器４３Ｂへと向けて反射する。
【００８９】
第１シャッタ７２は、第２ミラー５８と、第１液体容器４３Ｂの下側光開口部６２Ｂ（透過部材６３）と、の間に挿入可能に設けられており、後述する第１シャッタ駆動部７４（図８参照）により挿入位置と退避位置と間での変位が可能とされている。その第１シャッタ７２は、第２ミラー５８と下側光開口部６２Ｂ（透過部材６３）との間に挿入される（挿入位置（図７参照））とそれらの間での検出光４４（反射光４５）の進行を阻み、退避される（退避位置（図９参照））と検出光４４（反射光４５）の進行を可能とする。
【００９０】
第２シャッタ７３は、第１ミラー７１と、第２液体容器４３Ｃの上側光開口部６２Ｃ（透過部材６３）と、の間に挿入可能に設けられており、後述する第２シャッタ駆動部７５（図８参照）により挿入位置と退避位置と間での変位が可能とされている。その第２シャッタ７３は、第１ミラー７１と上側光開口部６２Ｃ（透過部材６３）との間に挿入される（挿入位置（図９参照））と、それらの間での検出光４４（反射光４５）の透過を阻み、退避される（退避位置（図７参照））と検出光４４（反射光４５）の進行を可能とする。
【００９１】
傾斜センサ装置４０Ｂでは、図８に示すように、演算制御部６５に、受光素子４６および光源５１に加えて、第１シャッタ駆動部７４と第２シャッタ駆動部７５と姿勢判断部７６とが接続されている。その第１シャッタ駆動部７４は、演算制御部６５の制御下で第１シャッタ７２を移動させ、第２ミラー５８と第１液体容器４３Ｂの下側光開口部６２Ｂとの間に挿入する（挿入位置）とともに、その間から退避させる（退避位置）。第２シャッタ駆動部７５は、演算制御部６５の制御下で第２シャッタ７３を移動させ、第１ミラー７１と第２液体容器４３Ｃの上側光開口部６２Ｃとの間に挿入する（挿入位置）とともに、その間から退避させる（退避位置）。演算制御部６５は、第１シャッタ７２および第２シャッタ７３の一方を挿入位置とすると、それらの他方を退避位置とするように、第１シャッタ駆動部７４と第２シャッタ駆動部７５とを制御する。
【００９２】
姿勢判断部７６は、傾斜センサ装置４０Ｂすなわち測定装置１０Ｂが通常の姿勢（図７参照）であるか、上下逆転した姿勢（図９参照）であるかを判断し、その判断結果としての信号を演算制御部６５に出力する。その通常の姿勢は、図７に示すように、基盤部１２（基台部）の鉛直方向上側に托架部１３（回転部）を位置させた状態をいう。また、上下逆転した姿勢は、図９に示すように、基盤部１２（基台部）の鉛直方向下側に托架部１３（回転部）を位置させた状態をいう。この姿勢判断部７６は、実施例３では、測定装置１０Ｂに設けられた切替スイッチにより構成されている。その切替スイッチは、測定装置１０Ｂを通常の姿勢（図７参照）で使用するか上下逆転した姿勢（図９参照）で使用するかの切り替えを行うものである。このため、演算制御部６５では、姿勢判断部７６に為された操作に基づいて、測定装置１０Ｂ（傾斜センサ装置４０Ｂ）が通常の姿勢であるか上下逆転した姿勢であるかを判断し、その判断に応じて第１シャッタ７２および第２シャッタ７３の位置を制御する。なお、この姿勢判断部７６は、測定装置１０Ｂ（傾斜センサ装置４０Ｂ）が通常の姿勢であるか上下逆転した姿勢であるかを検出することのできる姿勢センサで構成するものであってもよく、実施例３の構成に限定されるものではない。
【００９３】
そして、演算制御部６５は、実施例３では、図７に示すように、測定装置１０Ｂ（傾斜センサ装置４０Ｂ）が通常の姿勢となると、演算制御部６５が姿勢判断部７６からの信号に基づいてその旨を取得し、第１シャッタ７２を退避位置とするとともに第２シャッタ７３を挿入位置とする。すると、基盤部１２（基台部）では、托架部１３（回転部）のコリメートレンズ５５を経て平行光束とされて照射光学系４１の主光軸Ｏ上を進行する検出光４４のうち、第１ミラー７１と第２ミラー５８とで反射された検出光４４が、第１液体容器４３Ｂの鉛直方向下側から下側光開口部６２Ｂへ向けて進行する。このため、第１ミラー７１と第２ミラー５８とが第１案内光路４７Ｂとして機能する。
【００９４】
また、演算制御部６５は、実施例３では、図９に示すように、測定装置１０Ｂ（傾斜センサ装置４０Ｂ）が上下逆転した姿勢となると、演算制御部６５が姿勢判断部７６からの信号に基づいてその旨を取得し、第１シャッタ７２を挿入位置とするとともに、第２シャッタ７３を退避位置とする。これにより、基盤部１２（基台部）では、基盤部１２（基台部）の鉛直方向上側に托架部１３（回転部）を位置させた状態で見ると、托架部１３（回転部）のコリメートレンズ５５を経て平行光束とされて照射光学系４１の主光軸Ｏ上を進行する検出光４４のうち、第１ミラー７１を透過した検出光４４が、第２液体容器４３Ｃの鉛直方向上側から上側光開口部６２Ｃへ向けて進行する。このため、第１ミラー７１が第２案内光路４７Ｃとして機能する。これらのことから、傾斜センサ装置４０Ｂ（測定装置１０Ｂ）では、第１シャッタ７２（第１シャッタ駆動部７４）および第２シャッタ７３（第２シャッタ駆動部７５）が、第１案内光路４７Ｂと第２案内光路４７Ｃとを選択的に切り替える光路切替部として機能する。
【００９５】
このため、傾斜センサ装置４０Ｂでは、図７に示すように、測定装置１０Ｂ（傾斜センサ装置４０Ｂ）が通常の姿勢となると、基盤部１２（基台部）において、平行光束とされた検出光４４の一部が第１ミラー７１で反射された後に第２ミラー５８で反射されて（第１案内光路４７Ｂ）、鉛直方向下方から第１液体容器４３Ｂ（その下側光開口部６２Ｂ）へ向けて進行する。その検出光４４は、下側光開口部６２Ｂ（透過部材６３）を経て液体６１へと進行して、液体６１と気体との境界となる液面である自由表面６４に至る。その自由表面６４に至った検出光４４の一部は、自由表面６４で反射されて反射光４５となり、その反射光４５が下側光開口部６２Ｂ（透過部材６３）を経て第１液体容器４３Ｂから鉛直方向下方へと進行する。その反射光４５は、第２ミラー５８および第１ミラー７１で反射されて（第１案内光路４７Ｂ）、托架部１３（回転部）に設けられたコリメートレンズ５５へ向けて進行する。すると、反射光４５は、実施例１の傾斜センサ装置４０と同様に、コリメートレンズ５５、ビームスプリッタ５４および集光レンズ５６を経て受光素子４６（その受光面）に至り、その受光素子４６（その受光面）上に測定パターンが結像される。このとき、傾斜センサ装置４０Ｂでは、挿入位置とされた第２シャッタ７３により、検出光４４が第２液体容器４３Ｃの自由表面６４に至ることが防止されているので、その自由表面６４からの反射光４５が受光素子４６へと進行することが防止されている。
【００９６】
この傾斜センサ装置４０Ｂでは、実施例１の傾斜センサ装置４０と同様に、演算制御部６５が、液体６１の屈折率等に基づいて、第１液体容器４３Ｂおよび第２液体容器４３Ｃにおいて液体６１（液体層）側から自由表面６４に進行した際の検出光４４に対する反射光４５の進行の態様を考慮して傾きの態様を算出するものとされている。これにより、傾斜センサ装置４０Ｂでは、実施例１の傾斜センサ装置４０と同様に、演算制御部６５が、受光信号Ｓｉに基づいて基盤部１２（基台部）に対して鉛直回転軸Ａｖ回りに回転可能とされた托架部１３（回転部）の鉛直回転軸Ａｖの水平面に対する傾きの態様（傾斜角度および傾斜の方向）を求める。
【００９７】
また、傾斜センサ装置４０Ｂでは、図９に示すように、測定装置１０Ｂ（傾斜センサ装置４０Ｂ）が上下逆転した姿勢となると、基盤部１２（基台部）において、平行光束とされた検出光４４の一部が第１ミラー７１を透過して（第２案内光路４７Ｃ）、鉛直方向上方から第２液体容器４３Ｃ（その光開口部６２Ａ）へ向けて進行する。ここで、第２液体容器４３Ｃでは、測定装置１０Ｂ（傾斜センサ装置４０Ｂ）が上下逆転した姿勢とされていることから、上側光開口部６２Ｃ（透過部材６３）が鉛直方向下側となり、その上側光開口部６２Ｃ（透過部材６３）の上に液体６１（液体層）が位置されている。このため、検出光４４は、上側光開口部６２Ｃ（透過部材６３）を経て液体６１（液体層）へと進行して、液体６１と気体との境界となる液面である自由表面６４に至る。その自由表面６４に至った検出光４４の一部は、自由表面６４で反射されて反射光４５となり、その反射光４５が上側光開口部６２Ｃ（透過部材６３）を経て第１ミラー７１を透過して（第２案内光路４７Ｃ）、托架部１３（回転部）に設けられたコリメートレンズ５５へ向けて進行する。すると、反射光４５は、実施例１の傾斜センサ装置４０と同様に、コリメートレンズ５５、ビームスプリッタ５４および集光レンズ５６を経て受光素子４６（その受光面）に至り、その受光素子４６（その受光面）上に測定パターンが結像される。このとき、傾斜センサ装置４０Ｂでは、挿入位置とされた第１シャッタ７２により、検出光４４が第１液体容器４３Ｂの自由表面６４に至ることが防止されており、その自由表面６４からの反射光４５が受光素子４６へと進行することが防止されている。
【００９８】
この傾斜センサ装置４０Ｂでは、上述したように、演算制御部６５が、液体６１の屈折率等に基づいて、第１液体容器４３Ｂおよび第２液体容器４３Ｃにおいて液体６１（液体層）側から自由表面６４に進行した際の検出光４４に対する反射光４５の進行の態様を考慮して傾きの態様を算出するものとされている。これにより、傾斜センサ装置４０Ｂでは、通常の姿勢のときと同様に、演算制御部６５が、受光信号Ｓｉに基づいて基盤部１２（基台部）に対して鉛直回転軸Ａｖ回りに回転可能とされた托架部１３（回転部）の水平面に対する傾きの態様（傾斜角度および傾斜の方向）を求める。
【００９９】
実施例３の測定装置１０Ｂ（傾斜センサ装置４０Ｂ）では、基本的に実施例１の測定装置１０（傾斜センサ装置４０）と同様の構成であることから、基本的に実施例１と同様の効果を得ることができる。
【０１００】
それに加えて、実施例３の測定装置１０Ｂ（傾斜センサ装置４０Ｂ）では、通常の姿勢であるか上下逆転した姿勢であるかに拘わらず、基盤部１２（基台部）に対して回転可能とされる托架部１３（回転部）の鉛直回転軸Ａｖの水平面に対する傾きの態様を極めて高い精度で検出することができる。
【０１０１】
また、測定装置１０Ｂ（傾斜センサ装置４０Ｂ）では、基盤部１２（基台部）において、第１液体容器４３Ｂと、それに対応する第１案内光路４７Ｂと、第２液体容器４３Ｃと、それに対応する第２案内光路４７Ｃと、光路切替部と、を設けて構成されている。このため、測定装置１０Ｂ（傾斜センサ装置４０Ｂ）では、簡易な構成でかつ適切に、通常の姿勢であるか上下逆転した姿勢であるかに拘わらず、托架部１３（回転部）の鉛直回転軸Ａｖの水平面に対する傾きの態様を極めて高い精度で検出することができる。
【０１０２】
さらに、測定装置１０Ｂ（傾斜センサ装置４０Ｂ）では、第１液体容器４３Ｂと第２液体容器４３Ｃとを互いに等しい構成とするとともに、通常の姿勢での基盤部１２（基台部）において、第１液体容器４３Ｂを鉛直方向下側に下側光開口部６２Ｂを位置させて設け、かつ第２液体容器４３Ｃを鉛直方向上側に上側光開口部６２Ｃを位置させて設けている。このため、測定装置１０Ｂ（傾斜センサ装置４０Ｂ）では、通常の姿勢で第１液体容器４３Ｂと第２液体容器４３Ｃとのいずれか一方を用いるものとし、上下逆転した姿勢でそれらのいずれか他方を用いるものとすることで、通常の姿勢と上下逆転した姿勢とで第１液体容器４３Ｂと第２液体容器４３Ｃとの態様を等しいものとすることができる。このため、測定装置１０Ｂ（傾斜センサ装置４０Ｂ）では、より簡易な構成でかつ適切に、通常の姿勢であるか上下逆転した姿勢であるかに拘わらず、托架部１３（回転部）の鉛直回転軸Ａｖの水平面に対する傾きの態様を極めて高い精度で検出することができる。
【０１０３】
測定装置１０Ｂ（傾斜センサ装置４０Ｂ）では、第１液体容器４３Ｂと第２液体容器４３Ｃとを互いに等しい構成とするとともに、通常の姿勢での基盤部１２（基台部）において、第１液体容器４３Ｂを鉛直方向下側に下側光開口部６２Ｂを位置させて設け、かつ第２液体容器４３Ｃを鉛直方向上側に上側光開口部６２Ｃを位置させて設けている。また、測定装置１０Ｂ（傾斜センサ装置４０Ｂ）では、照射光学系４１において、測定パターン形成部５３を経て測定パターンが形成された検出光４４を平行光束とするコリメートレンズ５５が設けられている。このため、測定装置１０Ｂ（傾斜センサ装置４０Ｂ）では、通常の姿勢で第１液体容器４３Ｂと第２液体容器４３Ｃとのいずれか一方を用いるものとし、上下逆転した姿勢でそれらのいずれか他方を用いるものとすることで、通常の姿勢と上下逆転した姿勢とで受光素子４６（その受光面）上に形成される測定パターンの基準状態からの変化の態様を等しいものとすることができる。これにより、測定装置１０Ｂ（傾斜センサ装置４０Ｂ）では、測定パターンの基準状態からの変化の態様に基づく水平面に対する傾きの態様の演算を、通常の姿勢と上下逆転した姿勢とで等しいものとすることができる。このことから、測定装置１０Ｂ（傾斜センサ装置４０Ｂ）では、より簡易な構成でかつ適切に、通常の姿勢であるか上下逆転した姿勢であるかに拘わらず、托架部１３（回転部）の鉛直回転軸Ａｖの水平面に対する傾きの態様を極めて高い精度で検出することができる。
【０１０４】
測定装置１０Ｂ（傾斜センサ装置４０Ｂ）では、第１案内光路４７Ｂと第２案内光路４７Ｃとを選択的に切り替える光路切替部を、第１シャッタ７２（第１シャッタ駆動部７４）と第２シャッタ７３（第２シャッタ駆動部７５）とで構成している。このため、測定装置１０Ｂ（傾斜センサ装置４０Ｂ）では、より簡易な構成とすることができるとともに、姿勢に応じて使用しない液体容器（４３Ｂ、４３Ｃ）からの反射光４５が受光素子４６へと進行することを確実に防止することができる。これにより、測定装置１０Ｂ（傾斜センサ装置４０Ｂ）では、より簡易な構成でかつ適切に、通常の姿勢であるか上下逆転した姿勢であるかに拘わらず、托架部１３（回転部）の鉛直回転軸Ａｖの水平面に対する傾きの態様を極めて高い精度で検出することができる。
【０１０５】
したがって、本発明に係る測定装置（傾斜センサ装置）の実施例３の測定装置１０Ｂ（傾斜センサ装置４０Ｂ）では、基台部（基盤部１２）に対して回転可能とされる回転部（托架部１３）の回転軸（鉛直回転軸Ａｖ）の水平面に対する傾きの態様を極めて高い精度で検出することができる。
【０１０６】
なお、上記した実施例３の測定装置１０Ｂ（傾斜センサ装置４０Ｂ）では、通常の姿勢で第１液体容器４３Ｂを用いかつ上下逆転した姿勢で第２液体容器４３Ｃを用いるものとしていたが、通常の姿勢で第２液体容器４３Ｃを用いかつ上下逆転した姿勢で第１液体容器４３Ｂを用いるものとしてもよく、上記した実施例３の構成に限定されるものではない。その場合、演算制御部６５を、液体６１の屈折率等に基づいて、第１液体容器４３Ｂおよび第２液体容器４３Ｃにおいて気体（気体層）側から自由表面６４に進行した際の検出光４４に対する反射光４５の進行の態様を考慮して傾きの態様を算出するものとする。
【０１０７】
また、上記した実施例３の測定装置１０Ｂ（傾斜センサ装置４０Ｂ）では、光路切替部を第１シャッタ７２（第１シャッタ駆動部７４）および第２シャッタ７３（第２シャッタ駆動部７５）で構成している。しかしながら、光路切替部は、第１案内光路４７Ｂと第２案内光路４７Ｃとを選択的に切り替えることを可能とするものであればよく、実施例３の構成に限定されるものではない。
【０１０８】
なお、上記した各実施例では、本発明に係る測定装置の一実施例としての測定装置１０、１０Ａ、１０Ｂについて説明したが、基台部と、前記基台部に対して回転可能に設けられた回転部と、前記基台部に固定して設けられ、自由表面を形成する液体を封入する液体容器と、前記回転部に固定して設けられ、前記液体容器の前記自由表面へ向けて検出光を照射する照射光学系と、前記回転部に固定して設けられ、前記検出光が前記自由表面で反射された反射光を受光素子に受光させる受光光学系と、前記照射光学系と前記受光光学系とを制御するとともに、前記受光素子からの前記反射光の受光信号に基づいて前記回転部の回転軸の傾きの態様を演算する演算制御部と、を備える測定装置であればよく、上記した各実施例に限定されるものではない。
【０１０９】
また、上記した各実施例では、本発明に係る傾斜センサ装置４０の一実施例としての傾斜センサ装置４０、４０Ａ、４０Ｂについて説明したが、基台部に固定して設けられ、自由表面を形成する液体を封入する液体容器と、前記基台部に対して回転可能に設けられた回転部に固定して設けられ、前記液体容器の前記自由表面へ向けて検出光を照射する照射光学系と、前記回転部に固定して設けられ、前記検出光が前記自由表面で反射された反射光を受光素子に受光させる受光光学系と、前記照射光学系と前記受光光学系とを制御するとともに、前記受光素子からの前記反射光の受光信号に基づいて前記回転部の回転軸の傾きの態様を演算する演算制御部と、を備える傾斜センサ装置であればよく、上記した各実施例に限定されるものではない。
【０１１０】
さらに、上記した各実施例では、傾斜センサ装置４０、４０Ａ、４０Ｂがトータルステーションとしての測定装置１０、１０Ａ、１０Ｂに用いられるものとしている。しかしながら、本願発明の傾斜センサ装置（４０、４０Ａ、４０Ｂ）が用いられる測定装置は、基台部に対して回転部が回転可能に設けられて構成されて、測量、計測、ＢＩＭ（ビルディングインフォメーションモデリング）の分野で用いられる測定装置であれば、例えば、ゼオドライトや３Ｄスキャナやレーザポインタ（レーザ照準装置）やレベル測定器であってもよく、他の測定装置であってもよく、上記した各実施例の構成に限定されるものではない。
【０１１１】
上記した各実施例では、測定パターン形成部５３で測定パターンが形成された検出光４４を液体容器４３等の自由表面６４に照射するものとしている。しかしながら、照射光学系４１により自由表面６４に検出光４４を照射し、その検出光４４の自由表面６４による反射光４５を受光光学系４２における受光素子４６に受光させて、受光素子４６が取得した受光信号Ｓｉに基づいて回転部（上記した各実施例では托架部１３）の回転軸（上記した各実施例では鉛直回転軸Ａｖ）の傾きの態様を演算するものであればよい。このため、例えば、照射光学系４１が自由表面６４に点光源を照射するものとしてもよく、他の光を自由表面６４に照射するものとしてもよく、上記した各実施例の構成に限定されるものではない。
【０１１２】
以上、本発明の測定装置および傾斜センサ装置を各実施例に基づき説明してきたが、具体的な構成については各実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
【符号の説明】
【０１１３】
１０、１０Ａ、１０Ｂ  測定装置
１２  （基台部の一例としての）基盤部
１３  （回転部の一例としての）托架部
４０、４０Ａ、４０Ｂ  傾斜センサ装置
４１  照射光学系
４２  受光光学系
４３、４３Ａ  液体容器
４３Ｂ  第１液体容器
４３Ｃ  第２液体容器
４４  検出光
４５  反射光
４６  受光素子
４７、４７Ａ  案内光路
４７Ｂ  第１案内光路
４７Ｃ  第２案内光路
５１  光源
５３  測定パターン形成部
５４  ビームスプリッタ
５５  コリメートレンズ
５６  集光レンズ
６１  液体
６２、６２Ａ  光開口部
６２Ｂ  下側光開口部
６２Ｃ  上側光開口部
６４  自由表面
６５  演算制御部
７２  （一例としての光路切替部を構成する）第１シャッタ
７３  （一例としての光路切替部を構成する）第２シャッタ
７４  （一例としての光路切替部を構成する）第１シャッタ駆動部
７５  （一例としての光路切替部を構成する）第２シャッタ駆動部
Ｓｉ  受光信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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