专利名称：转动角检测装置及测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种检测转动角的转动角检测装置及测定测定对象的角度和距离的
测量装置。
背景技术：
在土木、建设领域中，已普及了作为测定测定对象的角度和距离的测量装置的全站仪。从近距离的测定对象到远距离的测定对象，全站仪能以高精度测定角度、距离，但近几年，对于在内饰领域等以比较近距离的物体作为对象的场所使用的低价且小型而机动性良好的全站仪(以下称为迷你全站仪)的需求正在增加。作为全站仪高价的一个主要原因，可举出对角度检测精度、转动精度要求高精度。对由角度误差而引起的测定值误差而言，由于角度误差与到测定对象的距离成比例所以对角度精度要求到以秒为单位。因此，成为角度误差的原因的、由转动角检测装置的检测误差、测定用望远镜的转动轴的晃动引起的转动误差(由转动中心的转动带来的倾斜误差)严格受限。在现有技术中，作为用于测量装置的转动角检测装置采用编码器，而高精度的编码器是高价的。另外，要使转动轴的转动精度达到要求精度，仅管理部件单体的加工精度是难以实现的，需要在转动轴、轴承部的组装状态下进行微调、精密加工，因此会变成非常高的价格。

发明内容
本发明的目的在于提供一种以简单的结构可进行高精度的角度检测的转动角检测装置及使用该转动角检测装置的测量装置。为达到上述目的，本发明的转动角检测装置具备:轴承部；转动轴，其以可转动的方式支撑于该轴承部；轴部空间，其形成于该转动轴；轴承部空间，其形成于所述轴承部；第一聚光透镜，其容纳于所述轴部空间，且具有与所述转动轴的轴心一致的光轴；第二聚光透镜，其设置于所述轴承部空间，并设置于所述转动轴的轴心的延长线上；角度检测图形，其设置于所述第一聚光透镜或所述第二聚光透镜中任一方的焦点位置；图像传感器，其设置于所述第一聚光透镜或所述第二聚光透镜中其他任一方的焦点位置，其中，该图像传感器用于检测投影至该图像传感器的所述角度检测图形的投影像，并用于检测该投影像的与所述转动轴的转动相伴的位移。另外，在本发明的转动角检测装置中，在所述图像传感器上可设定基准位置，从而检测所述角度检测图形相对该基准位置的转动位移量。另外，在本发明的转动角检测装置中，通过所述图像传感器检测所述角度检测图形，进而基于该角度检测图形，检测角度检测图形图像的中心位置，基于所检测的角度检测图形图像的中心位置与所述图像传感器上的所述基准位置的偏差、和所述第一聚光透镜或所述第二聚光透镜的焦点距离来检测所述转动轴的倾斜角。
另外，在本发明的转动角检测装置中，就所述角度检测图形而言，沿半径方向延伸的线段以规定角距配置于全周，并具有线段图形，该线段图形具有由所述线段构成的环状轨迹。另外，在本发明的转动角检测装置中，所述角度检测图形具有以该角度检测图形的中心为中心的一个圆或多个同心圆的圆形图形。另外，在本发明的转动角检测装置中，所述角度检测图形具有多个以多重同心的方式形成的环状轨迹。另外，在本发明的转动角检测装置中，所述检测线为设定在如下范围的直线:经过所述图像传感器上的所述角度检测图形的中心，在与对圆周进行所需等分的各半径垂直相交的方向上，且按照每个所述轨迹包含于该轨迹。另外，在本发明的转动角检测装置中，所述检测线为如下方式设定的直线:以穿过所述图像传感器上的所述角度检测图形的中心，并在与对圆周进行所需等分的各半径垂直相交的方向上，且在每个所述轨迹包含于该轨迹的范围的方式设定。另外，在本发明的转动角检测装置中，所述角度检测图形的检测通过在所述图像传感器上设定检测线，并从扫描该检测线而得到的信号提取所述角度检测图形的检测信号来进行；所述检测线是经过所述图像传感器上的所述角度检测图形的中心，并横穿所述圆形图形的直线。另外，在本发明的转动角检测装置中，所述检测线是包含于所述轨迹内，并以所述图像传感器上的所述角度检测图形的中心为中心的圆。另外，本发明的测量装置具备:基台部；架台，其经由具有铅直轴心的第一转动轴以可转动的方式设置于该基台部；望远镜部，其经由具有水平轴心的第二转动轴以可转动的方式设置于该架台；所述第一转动角检测装置，其设置在所述第一转动轴和所述基台部之间；所述第二转动角检测装置，其设置在所述第二转动轴和所述架台之间。根据本发明，其具备:轴承部；转动轴，其以可转动的方式支撑于该轴承部；轴部空间，其形成于该转动轴；轴承部空间，其形成于所述轴承部；第一聚光透镜，其容纳于所述轴部空间，且具有与所述转动轴的轴心一致的光轴；第二聚光透镜，其设置于所述轴承部空间，并设置于所述转动轴的轴心的延长线上；角度检测图形，其设置于所述第一聚光透镜或所述第二聚光透镜中任一方的焦点位置；图像传感器，其设置于所述第一聚光透镜或所述第二聚光透镜中其他任一方的焦点位置，其中，该图像传感器用于检测投影至该图像传感器的所述角度检测图形的投影像，并用于检测该投影像的与所述转动轴的转动相伴的位移。因此不使用高价编码器而能测定该转动轴的转动角。另外，根据本发明，在所述图像传感器上可设定基准位置，从而检测所述角度检测图形相对该基准位置的转动位移量。因此所述基准位置的设定能在任意时期设定于任意位置，无需所述转动轴和所述轴承部的机械设定，从而容易进行角度测定的初始设定。另外，根据本发明，通过所述图像传感器检测所述角度检测图形，进而基于该角度检测图形，检测角度检测图形图像的中心位置，基于所检测的角度检测图形图像的中心位置与所述图像传感器上的所述基准位置的偏差、和所述第一聚光透镜或所述第二聚光透镜的焦点距离来检测所述转动轴的倾斜角。因此即使在该转动轴的转动中含有误差的情况下，也能用所检测的倾斜角校正测定值，即使该转动轴的安装精度不高也可进行高精度的测定，还能降低制作费用。另外，根据本发明，所述角度检测图形的检测以如下方式进行:在所述图像传感器上设定检测线，从扫描该检测线而得到的信号中提取所述角度检测图形的检测信号。因此能任意进行检测线的设定，还可以使检测线重复，因此对检测线的设定位置、数量并无限制，可进行对应测定精度的设定。另外，根据本发明，具备:基台部；架台，其经由具有铅直轴心的第一转动轴以可转动的方式设置于该基台部；望远镜部，其经由具有水平轴心的第二转动轴以可转动的方式设置于该架台；所述第一转动角检测装置，其设置在所述第一转动轴和所述基台部之间；所述第二转动角检测装置，其设置在所述第二转动轴和所述架台之间。因此不使用高价编码器，并且即使在所述转动轴、所述轴承部的组装中产生误差，也能用转动角检测装置的检测结果进行校正，而且在所述转动轴、所述轴承部的组装上不花费成本，从而可实现制作成本的降低。


图1 (A)是本发明实施例的转动角检测装置的示意性剖面图，图1⑶是对测定对象的转动轴倾斜时的说明图。图2是表示用于所述转动角检测装置的角度检测图形的第一例的说明图。图3是表示用于所述转动角检测装置的角度检测图形的第二例的说明图。图4是表示用于所述转动角检测装置的角度检测图形的第三例的说明图。图5是表示用于所述转动角检测装置的角度检测图形的第四例的说明图。图6是表示采用所述角度检测图形的角度检测方法的第一例，并表示图形和图形检测的关系的明图。图7(A)、(B)是表示采用所述角度检测图形的角度检测方法的第二例的说明图，图7(A)表示图形和图形检测的关系，图7(B)是将图形以直线方式展开的说明图。图8是表示实施本发明的转动角检测装置的测量装置的实施例的主视图。图9是该测量装置的示意性剖面图。
具体实施例方式以下，参照附图对本发明的实施例进行说明。首先，在图1(A)、图1(B)中，对本发明的实施例的转动角检测装置进行说明。在图1中，I是作为转动角度的测定对象的转动轴，该转动轴I通过轴承2以转动自如的方式支撑于轴承部3。在所述转动轴I的端部，与该转动轴I的轴心同心地形成有圆柱状的轴部空间4，轴端部为中空结构。在所述轴承部3中，在所述轴部空间4的轴心的延长线上形成有轴承部空间5。该轴承部空间5与所述轴部空间4同心，并且所述轴承部空间5与所述轴部空间4的直径相同。在该轴部空间4和所述轴承部空间5容纳有转动角检测装置6的主要结构要素。在所述轴部空间4设置有第一聚光透镜7，在所述轴承部空间5设置有第二聚光透镜8。所述第一聚光透镜7、所述第二聚光透镜8的倍率分别为一倍，具有相同的焦点距离。
所述第一聚光透镜7、所述第二聚光透镜8分别具有光轴9a、9b，该光轴9a与所述转动轴I的轴心一致，所述光轴9b与所述轴承部空间5的轴心一致。因此,在所述转动轴I未倾斜的状态下，所述光轴9a和所述光轴9b在一条直线上一致。此外，所述第一聚光透镜7和所述第二聚光透镜8优选具有相同特性，以免产生像的畸变，。在所述轴部空间4的底部设置有角度检测图形11，该角度检测图形11位于所述第一聚光透镜7的焦点位置。另外，在所述轴承部空间5设置有图像传感器12，该图像传感器12位于所述第二聚光透镜8的焦点位置。在所述轴承部空间5、所述轴部空间4的适当的位置设置有用于照明所述角度检测图形11的发光部。在图示中，作为一个例子表示了设置于所述轴部空间4的底部且用于照明所述角度检测图形11的发光部13。作为所述图像传感器12，使用作为像素集合体的(XD、或CMOS传感器等，并且以各像素在所述图像传感器12上的位置能确定的方式构成。另外，来自该图像传感器12的受光信号输入于信号处理部14，该信号处理部14以基于受光信号测定转动角、所述转动轴I的倾斜(倾斜角)的方式构成。图2表示所述角度检测图形11的一个例子。该角度检测图形11的基本形状是圆形，该角度检测图形11的中心与所述第一聚光透镜7的光轴即所述光轴9a —致。所述角度检测图形11包括:位于中心部的定心用圆形图形15、配置于该圆形图形15的周围的线段图形16。所述圆形图形15是以规定线宽绘制的圆。所述线段图形16是径向延伸的线段以规定角距配置于全周的结构，并且由该线段图形16形成环状的轨迹。在该线段图形16内，多个规定位置的识别用线段17是粗线。所述线段图形16的内端和外端分别位于与所述圆形图形15同心的圆周上。另外，如图所示，所述标识用线段17并未设置于等分圆周的位置，通过检测该标识用线段17的位置，能检测超过所述角度检测图形11的角距间隔的转动角。以下，对上述转动角检测装置6的作用进行说明。所述角度检测图形11通过所述第一聚光透镜7、所述第二聚光透镜8的作用以I: I的关系投影至所述图像传感器12，该图像传感器12发出对应于所接收的所述角度检测图形11的信号。若所述转动轴I转动,则所述角度检测图形11与该转动轴I 一体转动，转动的角度检测图形图像投影至所述图像传感器12。该图像传感器12按照每个像素发出受光信号，因此例如若所述线段图形16和所述标识用线段17移动，则接收来自该线段图形16和所述标识用线段17的像的像素位置会发生变化。因此，基于来自所述图像传感器12的信号来检测接收所述线段图形16和所述标识用线段17的像素的位置变化，由此能检测所述转动轴I相对于所述轴承部3的转动角。其次，对所述转动轴I相对于所述轴承部3倾斜的情况进行说明。在所述第一聚光透镜7、所述第二聚光透镜8的作用下，入射于所述第一聚光透镜7的光线通过所述第二聚光透镜8与该光线平行地投影至所述图像传感器12。因此，如图1(B)所示，若所述第一聚光透镜7的所述光轴9a相对于所述第二聚光透镜8的光轴9倾斜，则投影至所述图像传感器12的所述角度检测图形图像，以相当于所述第一聚光透镜7的所述光轴9a的倾斜的量从倾斜的方向投影至所述图像传感器12。因此，所投影的像在该图像传感器12上进行对应于倾斜度的位移。在此，如果将所述图像传感器12上的图形图像的位移量设为Λ，将所述第一聚光透镜7的所述光轴9a的倾斜度设为α，将所述第二聚光透镜8的焦点设为f，则形成为tana = Λ/f。进而，所述圆形图形15的中心表示所述角度检测图形11的中心，通过检测接收来自所述圆形图形15的光的所述图像传感器12的各像素的位置来能求出所述圆形图形15的中心，通过求出该圆形图形15的中心与倾斜前的该圆形图形15的中心的偏差来求出所述位移量Λ。因此，基于所述图像传感器12的受光结果，能检测所述第一聚光透镜7的所述光轴9a的倾斜度即所述转动轴I的倾斜角。所述角度检测图形11在所述图像传感器12上的转动、或所述角度检测图形11的中心位置的位移量Λ，其能以所述图像传感器12的像素单位来检测，因此可进行高精度的测定。进而，在本实施例中，能检测转动角和所述转动轴I的倾斜度。通过根据所检测的倾斜度进行测定值的校正，能得到消除了由该转动轴I的倾斜所带来的影响的测定结果。因此，即使在所述转动轴I的转动含有误差的状态下，即不以高精度进行该转动轴I的组装，也能进行高精度的角度检测。此外，在上述实施例中，可以在所述转动轴I侧设置所述图像传感器12，并且可以在所述轴承部3侧设置所述角度检测图形11。图3表示该角度检测图形11的第二例。在第二例中，所述圆形图形15由多个(图示中为四个)同心的圆15a_15d而构成。通过由多个圆15a-15d而构成所述圆形图形15,能分别对该圆15a_15d求出中心,通过使得到的中心位置平均化，能高精度地求出所述角度检测图形11的中心位置。另外，在第二例中，在所述圆形图形15、所述线段图形16之外还设置有基准指示图形18。该基准指示图形18在与设置有所述线段图形16的圆周的直径不同的直径(图示中为小直径)的圆周上，由在径向上延伸的3个线段18a、18b构成，该线段18a，18b以等角距配置，两端的线段18b形成为粗的线宽。此外，线段18a、18b的线宽可以相同。通过设置所述基准指示图形18，在测定开始时用所述图像传感器12检测所述基准指示图形18的位置，若将所检测的位置设定为基准位置，则能够基于测定时的所述基准指示图形18的位置和所述基准位置的差求出测定时的角度。另外，就微小转动角而言，通过所述线段图形16的线段之间的偏移来检测。图4表示所述角度检测图形11的第三例。在第三例中，所述角度检测图形11为格子图形，表示了该格子图形的多个直线19以等间隔垂直相交而构成的情况，在所述直线19内，多个直线19a形成为粗的线宽，通过该直线19a可检测所述角度检测图形11的中心和基准位置，并且能检测该角度检测图形11的转动方向的姿态。图5表示该角度检测图形11的第四例。在第四例中，所述圆形图形15由多个(图示中为四个)同心的圆15a_15d构成，并且所述线段图形16是多个(图示中为四个)轨迹16a、16b、16c、16d以多重同心的方式配置而构成。所述轨迹16a、16b、16c、16d分别与图2所示的所述线段图形16相同，是径向延伸的线段21以规定角距配置于全周的结构。另外，构成所述轨迹16a、16b、16c、16d的所述各线段21a、21b、21c、21d的角距，按照每个所述轨迹16a、16b、16c、16d稍微不同，通过检测轨迹之间的所述各线段21a、21b、21c、21d的相位关系来求出转动位置。在第四例中，用该各线段21a、21b、21c、21d的相位关系以相同的道理决定所述角度检测图形11的转动位置，因此如第一例所示(参照图2)，无需使多个该线段21形成粗线。另外，各轨迹的所述线段21的内端、外端分别位于圆周上，因此通过检测该线段21的内端、外端来能够检测圆形，进而基于所检测的圆形能够检测中心位置。因此，可省略所述圆形图形15。此外，对于所述角度检测图形11可考虑各种变形，因此并不限定于上述例子。其次，采用上述图形，对检测角度和中心的方法进行说明。首先，在图6中，说明角度和中心检测方法的第一例。另外，第一例用图5表示的第四所述角度检测图形11进行说明。基于从构成所述图像传感器12的全部像素发出的信号，能够识别各轨迹16a、16以16(3、16(1的所述各线段21&、2113、21(3、21(1并求出所述角度检测图形11的转动角、中心，但以下更简便地说明检测角度和中心的方法。图6表示投影至所述图像传感器12的角度检测图形图像11'。另外，图示的该角度检测图形图像11'的中心处于与所述图像传感器12的中心一致的状态。为取得来自该图像传感器12的受光信号，在规定位置设定扫描线，在扫描线上进行扫描而取得来自扫描线上像素的输出。关于扫描线的设定，设定用于角度检测的角度检测线22以及用于中心检测的中心检测线23。首先，所述角度检测线22以与等分圆周(图示中为八等分)的半径垂直相交且包含于各轨迹16a、16b、16c、16d的方式设定。因此，在第一方法中，对圆周进行八等分，且轨迹数量为四个，因此所述角度检测线22是三十二个。其次，以横割所述圆形图形15的方式，设定还经过所述图像传感器12的中心的两个中心检测线23。该两个中心检测线23优选是垂直相交的。在检测角度时，通过扫描所述角度检测线22，能取得在横割所述线段21的位置的像素信号。例如，下面对所述角度检测线22a-22d进行说明，若扫描所述角度检测线22a，则在每次横割所述线段21时，能得到该线段21的检测信号，从而能在所述图像传感器12上确定输出该检测信号的像素的位置。其次，若扫描角度检测线22b，则同样在每次横割所述线段21时，能够得到该线段21的检测信号，从而能在所述图像传感器12上确定输出该检测信号的像素的位置。进而，对于角度检测线22c、角度检测线22d也能够依次得到所述线段21的检测信号，从而能在所述图像传感器12上确定该检测信号位置。在该角度检测线22a_22d之间比较通过扫描所述角度检测线22a_22d上来得到的检测信号，由此能够检测所述各角度检测线22a-22d之间的相位差，进而基于相位差，能够检测所述角度检测图形11相对于所述图像传感器12的基准位置的转动角。此外，转动角能够通过横割一个半径的一组的角度检测线22来检测，但通过其他组、进而多个组的角度检测线22来进行角度检测，且通过对检测结果进行平均来进一步提高测定精度。另外，对由所述一组的角度检测线22所得到的结果和由与该一组的角度检测线22具有180°相位差的其他组的角度检测线22所得到的结果进行平均化，由此能抵消因图形的歪斜等产生的误差。此外，所述角度检测线22的设定并不是指物理性地在所述图像传感器12上设定，而是指在提取信号时的假想的线，因此即使相邻的所述角度检测线22具有重复也不受影响。因此，在理论上，能够设定横割无限分割的半径的该角度检测线22。另外，所分割的半径数量即所述角度检测线22的组数越多，则测定精度就越高。另外，可与所要求的测定精度相应地适当设定分割数、所述角度检测线22的组数。即，当要求高精度 时，则增加分割数、该角度检测线22的组数，当不要求高精度时，则减少分割数、组数等。其次，当欲求出所述角度检测图形图像1Γ的中心时，扫描所述中心检测线23上。通过扫描该中心检测线23，当每次横割所述圆15a-15d时，能够得到所述线段21的检测信号，并能够基于所得到信号求出所述角度检测图形图像IP的中心位置。对所得到的所述角度检测图形图像11'的中心位置和所述图像传感器12的所述基准位置进行比较。在所述光轴9a(所述转动轴I)倾斜时，求出偏差，并基于该偏差求出所述光轴9a的倾斜角。此外，通过增加所述圆形图形15，并增加所述中心检测线23的数量，得到多个检测值，从而使检测精度提高。其次，在图7中，对角度检测方法的第二例进行说明。另外，利用图3表示的第二所述角度检测图形11对第二例进行说明。此外，图7(B)是将该角度检测图形11以直线方式展开的图。在极坐标系中确定构成所述图像传感器12的像素位置，使角度检测的扫描线25设成圆形。作为该扫描线25设定:与所述线段图形16的基准圆(经过该线段图形16的内端和外端的中间的圆)相同地设定的角度检测线25a ;在经过所述基准指示图形18的圆上设定的基准位置检测线25b。根据所述图像传感器12上的所述基准指示图形18的基准位置、和通过扫描所述基准位置检测线25b来得到的所述基准指示图形18的位置的比较，求出所述角度检测图形11的转动角。另外，关于所述线段图形16的角距以下的角度检测，取得360°分的所述线段图形16的信号，对所得到的各线段的检测信号乘以sin (2 πη/360 Θ )、cos (2 Jin/360 θ )，从sin成分、cos成分的比例关系求出角距内的相位。图8、图9表示本实施例的所述转动角检测装置6作为测量装置而应用于全站仪30的情况。在校平部31经由校平螺钉32设置有基台部33。在该基台部33设置有架台34，在该架台34支撑有包括光学系统的望远镜部35。在该望远镜部35的内部设置有测距部(未图示)。该测距部以如下方式构成:从所述望远镜部35对测定对象照射测距光，接收从测定对象所反射的测距光，基于所接收的反射光来进行测距。所述基台部33可以通过所述校平螺钉32进行校平使其呈水平。另外，所述架台34可以以铅直轴心为中心进行转动，所述望远镜部35可以以水平轴心为中心进行转动。另夕卜，在所述架台34设置有具有显示部36的操作输入部37，所述显示部36用于显示所述全站仪30的工作状态或到测定对象物的距离的测定值等。在所述基台部33的上面设置有架台基座38，在该架台基座38的中心设置有向上方突出的轴承部39。水平转动轴41经由轴承42以转动自如的方式嵌合于该轴承部39，所述架台34的筐体43固定附着于所述水平转动轴41。所述架台基座38构成支撑所述筐体43的所述基台部33的一部分，并且具有作为将所述筐体43的下部开口封闭的下部盖的机倉泛。在所述轴承部39固定有水平转动齿轮44，在该水平转动齿轮44啮合有水平转动驱动齿轮45。该水平转动驱动齿轮45固定于水平转动马达46的输出轴，所述水平转动驱动齿轮45通过所述水平转动马达46转动，由此所述筐体43经由所述水平转动齿轮44以所述水平转动轴41为中心在水平方向上转动。所述水平转动马达46固定于所述筐体43，所述水平转动马达46和所述筐体43作为一体而转动。所述水平转动轴41的下端部为中空，由中空部形成第一轴部空间47。在该第一轴部空间47容纳有水平角度检测图形48、水平第一聚光透镜49，所述水平角度检测图形48、所述水平第一聚光透镜49设置在所述水平转动轴41的轴心上。在所述架台基座38的中心部下面设置有轴部支架51，该轴部支架51的轴心与所述水平转动轴41的轴心一致。在所述轴部支架51形成有从上面侧开始作为圆柱状凹部的轴承部空间52，在该轴承部空间52容纳有水平第二聚光透镜53和水平图像传感器54，所述水平第二聚光透镜53、所述水平图像传感器54设置于所述轴部支架51的轴心上。所述水平角度检测图形48、所述水平第一聚光透镜49、所述水平第二聚光透镜53、以及所述水平图像传感器54构成用于检测水平角的水平转动角检测装置55的主要部分。在所述望远镜部35设置有从左右两端朝水平方向延伸的铅直转动轴56，该铅直转动轴56经由轴承57支撑于所述筐体43，所述望远镜部35可以以所述铅直转动轴56为中心在铅直方向上转动。在该铅直转动轴56的一端固定有铅直转动齿轮58，在该铅直转动齿轮58啮合有铅直转动驱动齿轮59。该铅直转动驱动齿轮59固定于铅直转动马达61的输出轴，通过驱动该铅直转动马达61，所述望远镜部35经由所述铅直转动驱动齿轮59、所述铅直转动齿轮58以所述铅直转动轴56为中心转动。在所述铅直转动轴56的另一端部形成有与该铅直转动轴56同心的第二轴部空间62，在该第二轴部空间62容纳有铅直角度检测图形63、铅直第一聚光透镜64，所述铅直角度检测图形63、所述铅直第一聚光透镜64设置于所述铅直转动轴56的轴心上。以与所述铅直转动轴56的另一端部同心的方式，筒状的保持架65向内部突出设置，在该保持架65的顶端部嵌入设置有轴部支架66。在该轴部支架66形成有与所述铅直转动轴56的轴心同心的轴承部空间67，在该轴承部空间67容纳有铅直第二聚光透镜68、铅直图像传感器69。所述铅直第二聚光透镜68、所述铅直图像传感器69设置于所述铅直转动轴56的轴心上。所述铅直角度检测图形63、所述铅直第一聚光透镜64、所述铅直第二聚光透镜68以及所述铅直图像传感器69构成用于检测铅直角(高低角)的铅直转动角检测装置71的主要部分。通过所述校平螺钉32来校平所述全站仪30。在校平之后，该全站仪30定位成基准位置。其次，为使所述望远镜部35校准测定对象，驱动所述水平转动马达46使所述筐体43进行水平方向的转动。该筐体43的水平转动角通过所述水平转动角检测装置55来检测。另外，同时检测出所述水平转动轴41的轴晃动(轴的倾斜度)，基于所检测的轴晃动，校正所述水平转动角检测装置55所检测的水平角。另外，驱动所述铅直转动马达61，使所述望远镜部35在铅直方向上转动。该望远镜部35的铅直转动角通过所述铅直转动角检测装置71来检测，而且还同时检测出所述铅直转动轴56的轴晃动。相同地，基于所检测的轴晃动，校正所述铅直转动角检测装置71所检测的铅直角。若所述望远镜部35的校准结束，则从该望远镜部35射出测距光，而测定到测定对象的距离，同时通过所述水平转动角检测装置55、所述铅直转动角检测装置71来测定水平角、高低角。在本实施例的测量装置中，不使用高价编码器也能够高精度地测定水平角、高低角，而且由于所述水平转动角检测装置55、所述铅直转动角检测装置71不要求制作精度，因此能以低价制造，从而能够实现测量装置的制作成本的降低。
权利要求
1.一种转动角检测装置，其具备:轴承部；转动轴，其以可转动的方式支撑于该轴承部；轴部空间，其形成于该转动轴；轴承部空间，其形成于所述轴承部；第一聚光透镜，其容纳于所述轴部空间，且具有与所述转动轴的轴心一致的光轴；第二聚光透镜，其设置于所述轴承部空间，并设置于所述转动轴的轴心的延长线上；角度检测图形，其设置于所述第一聚光透镜或所述第二聚光透镜中任一方的焦点位置；图像传感器，其设置于所述第一聚光透镜或所述第二聚光透镜中其他任一方的焦点位置，其中，该图像传感器用于检测投影至该图像传感器的所述角度检测图形的投影像，并用于检测该投影像的与所述转动轴的转动相伴的位移。
2.权利要求1所述的转动角检测装置，其中，在所述图像传感器上可设定基准位置，从而检测所述角度检测图形相对该基准位置的转动位移量。
3.权利要求1或2所述的转动角检测装置，其中，通过所述图像传感器检测所述角度检测图形，进而基于该角度检测图形，检测角度检测图形图像的中心位置，基于所检测的该角度检测图形图像的中心位置与所述图像传感器上的所述基准位置的偏差、和所述第一聚光透镜或所述第二聚光透镜的焦点距离来检测所述转动轴的倾斜角。
4.权利要求1-3中任一项所述的转动角检测装置，其中，就所述角度检测图形而言，沿半径方向延伸的线段以规定角距配置于全周，并具有线段图形，该线段图形具有由所述线段构成的环状轨迹。
5.权利要求1-4中任一项所述的转动角检测装置，其中，所述角度检测图形具有以该角度检测图形的中心为中心的一个圆或多个同心圆的圆形图形。
6.权利要求1-5中任一项所述的转动角检测装置，其中，所述角度检测图形具有多个以多重同心的方式形成的环状轨迹。
7.权利要求1-6中任一项所述的转动角检测装置，其中，所述角度检测图形的检测以如下方式进行:在所述图像传感器上设定检测线，从扫描该检测线而得到的信号中提取所述角度检测图形的检测信号。
8.权利要求7所述的转动角检测装置，其中，所述检测线为设定在如下范围的直线:经过所述图像传感器上的所述角度检测图形的中心，在与对圆周进行所需等分的各半径垂直相交的方向上，且按照每个所述轨迹包含于该轨迹。
9.权利要求5所述的转动角检测装置，其中，所述角度检测图形的检测通过在所述图像传感器上设定检测线，从扫描该检测线而得到的信号提取所述角度检测图形的检测信号来进行；所述检测线是经过所述图像传感器上的所述角度检测图形的中心，并横穿所述圆形图形的直线。
10.权利要求7所述的转动角检测装置，其中，所述检测线是包含于所述轨迹内，并以所述图像传感器上的所述角度检测图形的中心为中心的圆。
11.一种测量装置，其具备:基台部；架台，其经由具有铅直轴心的第一转动轴以可转动的方式设置于该基台部；望远镜部，其经由具有水平轴心的第二转动轴以可转动的方式设置于该架台；第一转动角检测装置，其为权利要求1所述的装置，并设置在所述第一转动轴和所述基台部之间；第二转动角检测装置，其为权利要求1所述的装置，并设置在所述第二转动轴和所述架台之间。
全文摘要
本发明是转动角检测装置及测量装置。转动角检测装置，其具备轴承部(3)；转动轴(1)，其以可转动的方式支撑于该轴承部；轴部空间(4)，其形成于该转动轴；轴承部空间(5)，其形成于轴承部；第一聚光透镜(7)，其容纳于轴部空间，且具有与转动轴的轴心一致的光轴(9a)；第二聚光透镜(8)，其设置于轴承部空间，且设置于转动轴的轴心的延长线上；角度检测图形(11)，其设置于第一聚光透镜或第二聚光透镜中任一方的焦点位置；图像传感器(12)，其设置于第一聚光透镜或第二聚光透镜中其他任一方的焦点位置。该图像传感器用于检测投影至该图像传感器的角度检测图形的投影像，并用于用于检测该投影像的与转动轴的转动相伴的位移。
文档编号G01B11/26GK103162644SQ20121055727
公开日2013年6月19日 申请日期2012年12月19日 优先权日2011年12月19日
发明者熊谷薰, 穴井哲治, 大佛一毅, 大友文夫 申请人:株式会社拓普康