CN1090641A - 倾斜角自动补偿装置 - Google Patents

Abstract

本申请是用于须保持竖直或者水平的仪器中的 倾斜角仍自动补偿装置，具有封入了透明液体以形成 自由液面1的液体封装容器4，使光束按规定角度投 射到该自由液面上，以便在所述自由液面上全反射的 投光系统5和6，以及设在通过上述液体封装容器后 的全反射光束光路上所需位置处，使与光轴的入射角 变化相对应的光轴的反射角变化在各方向均相等的 光学系统。对由于封装容器倾斜、光束对自由液面的 入射角相对改变情况的下反射角变化方向具有不同 灵敏度进行光学补正。

Description

本发明涉及对所使用的测量仪器或计量仪器等的倾斜量变化的测定，或是为了使仪器的光轴保持垂直的倾斜角自动补偿装置。

用测量仪器或计量仪器进行各种测量时，须进行测量仪器或计量仪器基准面的补偿或光轴垂直性的补偿。

自动进行这样的补偿，历来是用两根或三根以上的悬吊线把透镜或棱镜等振动体悬吊起来使呈振动状态，在测量仪器或计量仪器本身发生倾斜的情况下，通过电磁式等制动机构制动所述振动体，从而获得光路的自动补偿。

此外尚有利用自由液面上的反射作为测量仪器或计量仪器本身基准面倾斜的测量方法的。

这当中是使光束入射到自由液面上，由光检测器检测到该光束反射光光轴的变化。当使用水银等作为具有自由液面的液体时，若使光束垂直地对着该自由液面入射，则可以得到相应于全部二维方向中液面倾斜的相同灵敏度的反射角，从而可检测到基准面的倾斜。

但是，从费用以至于安全性上考虑，所述水银等液体实际上是难以使用的，实用的是硅油等透明液体。使用透明液体时，是利用全反射。于是，由于存在有液体与空气的临界角，所以为了使光束在液面上全反射，就必须使向自由液面入射的光束形成对应于所述临界角的入射角θ。而且，公知的采用自由液面的倾斜检测装置中，总是以规定角度使光束入射到自由液面上的。

如果使光束以规定的角度相对于所述自由液面入射，则反射光关 于对着液面的倾斜度不同的两根轴方向的反射角度的变化就不一样。因此，在利用自由液面的倾斜检测装置中，必须对该两轴方向的反射角变化不一致采取相应措施。为此，用光轴不同的两束光以规定角度入射到所述自由液面上，由光检测器接收各自的反射光，各检测器只检测到单一方向的受光位置，根据各个检测器受光位置的变化，检测出关于所述两个光轴的倾斜，根据检测到的该两光轴的倾斜，通过计算求出测量仪器或计量仪器等的基准面相对于水平面的倾料度，再依该计算结果进行补偿。

然而，所述的前种已有技术，因为悬吊振动体使得构造复杂，同时安装装置时悬吊所述振动体的工作也非易事，调整也很困难。而且，随着时间变化吊线的长度会起变化，因此难以保持精度。另外，由于必须有特殊的制动装置来制动振动体，也成为使装置构造复杂的重要原因。特别是振动体的悬吊结构极微妙，而存在有所谓弱冲击的问题。

对此，对于一种利用自由液面的全反射而言，具有安装调整简单，没有吊线而不会因时间而变化，可对液体采用密闭结构因而有耐冲击性，抵御环境影响等优点。又且，由于使用液体，而可以利用液体的粘性进行制动，具有无需设制动装置等优点，从而消除了悬挂振动体的铅直方向角度自动补偿装置的各种各样的问题。

但是，由于要使对自由液面成不同光轴的两束光以规定角度入射到所述自由液面上，所以要由两个光学系统构成光束投射系统，从而使装置的构造复杂，这是不适宜的。

因此，本发明在于利用自由液面全反射，只用单轴光学系统，检测基准面的倾斜或进行铅直线的自动补偿。

本发明基本上是由以下部分构成的：封有透明液体形成自由液面 的液体容器，使光束以规定角度投射到该自由液面上，在所述自由液面上形成全反射的投光系统，以及使与光轴的入射角变化对应的光轴反射角度变化在所有方向都相等的光学系统，该系统设置在通过液体容器后的所述全反射光束光路的所需位置上。

由于这种构成，使入射光束相对于自由液面倾斜到某个方向，且入射角度变化与反射角度变化相等而得到补正，因此可根据反射角度变化实现对所有倾斜角度进行自动补偿，从而被用于测量仪器等的自动补偿。

此外，由于其构成包括：封装了形成自由液面的透明液体的液体封装容器;使光束以规定角度投射到该自由液面以便在所述自由液面上全反射的投光系统;使经所述自由液面反射的反射光束朝竖直方向反射的反射镜;以及设置在所述反射光束光路必要位置上，使对应于光轴的入射角度变化的光轴反射角变化在所有方向相等，并使对应于光轴的入射角度变化的反射光轴的角度变化相抵消的光学系统，因此，即使光束相对于自由液面的入射角有相对地变化，反射光束的角度变化也在光学上相抵消，朝向竖直方向的光束总保持竖直;测量中利用竖直的光束作为基准。

另外，设置了使竖直光束沿水平方向射出的光路变换机构，转动该光路变换机构，就可由水平光束形成水平基准线或水平基准面。

另外，由于在入射光束一边设置望远镜系统，可用作垂直仪，而且把使反射光束朝竖直方向反射的反射镜作成半透射镜，用光检测器检测透过该透射镜的光束的移动范围，就可以判断出整个测量仪的倾斜度是否是在一定限度之内。

另外，为了不使形成全反射面的液体随着使用条件变化，以便不 形成温度分布，使液体保持偏平形状，设置促进液体散热的导热板，而且为了抑制对外部的热传导还形成了绝热层。这样，防止在液体内产生折射率不均匀的因素，防止了光轴的弯曲。

图1是说明自由液面倾斜时反射光束反射角的变化的说明图;

图2也是说明自由液面在倾斜时反射光束反射角变化的说明图;

图3是本发明第一实施例的基本结构图;

图4（A）和图4（B）是表示在第一实施例中光束透过柱面透镜系统光轴变化的说明图;

图5（A）和图5（B）是表示光束透过柱面透镜系统的光轴变化的说明图;

图6是本发明第二实施例说明图;

图7（A）和图7（B）是表示在第二实施例中光束透过特技透镜扩束器（ト-リッヮレンス“ェキスパンタ”）光轴变化的说明图;

图8是本发明应用举例的说明图;

图9是本发明另一应用举例的说明图;

图10是本发明又一应用举例的说明图;

图11是在该又一应用举例中射束点与针孔关系说明图;

图12是本发明第三实施例的基本结构图;

图13是第三实施例中光束透过变形棱镜系统光轴变化的说明图;

图14（A）和图14（B）是光束透过变形棱镜系统光轴变化的说明图;

图15是有关本发明第三实施例应用举例的说明图;

图16是有关本发明第三实施例的另一应用举例的说明图;

图17是有关本发明第三实施例的又一应用举例的说明图;

图18是在该又一应用举例中射束点与针孔关系说明图;

图19是表示液体封装容器具体实例的正剖面图;

图20是图19沿A-A方向剖面图;

图21是液体封装容器的另一具体实例正剖面图。

以下，结合附图对本发明作详细说明

首先，图1和图2说明，使光束以规定角度入射到自由液面上，光束在所述自由液面上全反射情况下，当自由液面相对光束倾斜时，反射角相对于液面的倾斜方向的变化的灵敏度不相同。

实际上是自由液面保持水平，而改变光束的入射方向，但在以下的说明中假定光束入射方向一定，而自由液面发生倾斜。

图中1是自由液面，入射光线2以角度θ入射到该自由液面1上。所述自由液面1与座标轴X和Z形成的XZ座标平面基本一致;垂直于该座标平面的座标轴为Y。假定所述入射光束2的光轴处于所述座标轴Z和Y形成的座标平面内。由此出发，如果所述自由液面1关于座标轴X只倾斜角度α，反射光束3的光轴就会在所述YZ座标平面内移动，同时在YZ座标平面内反射角变化为ξ_1x。这时，液面位移角α与反射位移角ξ_1x的关系为ξ_1x＝2α。这种情况下，并不产生在XY座标平面内的反射位移角ξ_2x。图中14表示反射镜。

对此，如图2所示，如果所述自由液面1关于座标轴Z只倾斜角度α，所述反射光束3就分别背离所述XY座标平面及YZ平面而移动，从而，分别在所述XY座标平面及YZ平面上呈现出反射位移角ξ_1Z和ξ_2Z，而且反射位移角ξ_1Z与自由液面1的液面位移角α的关系为：

ξ_1Z＝Cos^-1（Cos²θCos2α+Sin2θ）

ξ_2Z＝π/2-Cos^-1[（1-Cos2α）SinθCosθ] （公式1）

比如α＝10′、θ＝50°，则ξ_2Z＝1.7″，而ξ_2Z为精度上可忽视的值。另外，若液体的折射率为n，则透过液体后的光轴为：

ξ_1X′＝2nα

ξ_1Z′＝n·Cos^-1（Cos²θCos2α+Sin²θ） （公式2）

因此，所述反射位移角ξ_1X′与反射位移角ξ_1Z′相对于所述液面位移角α的灵敏度不相同。本发明以光学方法补正这种反射位移角ξ_1X′与反射位移角ξ_1Z′的位移角灵敏度的不同，使其灵敏度相同，从而得到对所有方向保持规定比例的角度变化的光轴。

图3说明本发明的第一实施例。

图4中是设置在计量仪器等仪器本体中的液体封装容器，由封装在该液体封装容器4中的液体形成自由液面。自光源6发出的光束通过准直透镜5，按规定角度投射到自由液面1上，以便在该自由液面1上全反射。该光束的光轴如前所述处于YZ座标平面内。

在所述自由液面1没有倾斜的状态下，沿着由该自由液面1全反射的反射光束3的光轴设置有一对柱面透镜7和8的柱面透镜系统9和反射镜14。所述柱面透镜7、8各自只有一个方向有曲率，所述 柱面透镜7是焦距为f₁的凸柱面透镜，柱面透镜8是焦距为f₂的凹柱面透镜。

透过所说柱面透镜系统9的光束由反射镜14朝垂直方向反射，由该反射镜14反射的光束透过由凸透镜10、11构成的扩束器12。这里，设定凸透镜10的焦距为f₃，凸透镜11的焦距为f₄，凸透镜10与凸透镜11的间距为f₃+f₄。

此外，所述柱面透镜系统也可以设置在经反射镜14反射后的光路中。

以下，说明动作过程。

首光如图4（A）所示是，光束从柱面透镜7的曲率半径方向入射的情况，该反射光束3与柱面透镜7的光轴所成的角度，即入射角α与从所说柱面透镜8射出的角度α的关系为：

α′＝（f₁/f₂）α （公式3）

而如图4（B）所示是，光束从包含柱面透镜7曲面母线的平面上入射时，反射光束3与柱面透镜7的光轴所成夹角，即入射角α与从所述柱面透镜8的出射角α′的关系为：

α＝α′    （公式4）

这里，对于所述自由液面1关于Z轴倾斜时的反射光束3的移动，将所述柱面透镜系统9配置成如图4（A）所示那样;而对于所述自由液面1关于X轴倾斜时的反射光束3的移动，将所述柱面透镜系统 9配置成如图4（B）所示那样。

于是，如果设定在图3中向液体的入射角θ＝50°，仪器的倾斜角即自由液面的倾斜角α＝10′，液体的折射率n＝1.4，则由公式2，自由液面1关于X轴倾斜时的反射位移角ξ_1X′与自由液面1关于Z轴倾斜时的反射位移角ξ_1Z′分别为ξ_1X′＝28′，ξ_1Z′＝18′。从而，所述反射位移角ξ_1X′和反射位移角ξ_1Z′有（ξ_1X′/ξ_1Z′）＝1.555倍的灵敏度差。因此，其条件为

ξ_1X′＝2nα，ξ_1Z′＝1，286nα （公式5）

有此，由公式2则有：（f₁/f₂）＝2/1.286，通过所述柱面透镜系统9的光轴位移角ξ_1Z′变换成1，286nα×2/1.286＝2nα。透过柱面透镜系统后，成为ξ_1X′＝ξ_1Z′。虽然自由液面1沿着各种方向倾斜，但对于这种倾斜通常可得到相同灵敏度的反射位移角。由此，根据反射位移角就可求出自由液面的倾斜，也即是整个装置的倾斜。

另外，透过所述柱面透镜系统9，由所述反射镜14向上方反射的光束，在透过所述扩束器12时，若该扩束器12的角放大率为1/2n。则透过后的光轴只有：

（ξ_1X′＝ξ_1Z′＝2nα）×1/2n＝α （公式6）

的倾斜。这样，透过所述扩束器12之后的最终光轴与所述自由液面1总是保持正交，即维持铅直。这里，设凸透镜10的焦距为f₃，凸透镜11的焦距为f₄，则扩束器12的角放大率为f₃/f₄， 选择f₃和f₄就可使角放大率为1/2n。

继而，对图3所示的实施例，也可使所述柱面透镜系统9旋转90°，使

（f₂/f₁）＝1.555

（f₃/f₄）＝1/1.286n。 （公式7）

所述柱面透镜系统9转动90度时的反射光束3的入射与出射的关系由图5（A）和（B）加以说明。

与前面说过的相同，相对自由液面1反射光束3的反射位移角，在自由液面1的倾斜角为α，光束的设定入射角为θ，液体折射率为n时，在自由液面1关于X轴倾斜时，反射位移角ξ_1X′＝2nα，而在自由液面1关于Z轴倾斜时，则有反射位移角ξ_1Z′＝1.286nα。而在透过柱面透镜系统9之后，反射位移角ξ_1X′变成：

ξ_1X′＝2nα×1/1.555＝1.286nα （公式8）

但在透过柱面透镜系统9之后，反射位移角ξ_1Z′保持原样不变，即

ξ_1Z′＝1.286nα （公式9）

而且如前所述，扩束器12的角放大率是f₃/f₄＝1/1.286n，因此

（ξ_1X′＝ξ_1Z′）×（f₃/f₄）＝1.286nα/1.286n＝α

（公式10）

与前面所述相同，光轴总能维持铅直。

图6说明本发明的第二实施例。

本实施例是将图3所示的柱面透镜系统9与扩束器12的组合换成一组由特技透镜15，16组成的扩束器13。所述特技透镜15和16是X方向的焦点与Z方向的焦点分别不同的透镜，X方向的焦点分别为f_1X，f_2X，Z方向的焦点分别为f_1Z，f_2Z，而且

f_1X/f_2X＝1/1.286n

f_1Z/f_2Z＝1/2n （公式11）

例如图7（A）（B）所示者，自特技透镜16的出射角可成为α，同样可使光轴始终维持铅直。

如上所述，采用本发明，即使反射面出现倾斜也能使出射光束的光轴总维持铅直，而可将出射光束用作为竖直基准线。

以下，说明本发明的应用实例。

图8是在从所述扩束器12射出光束的光轴上设置3转动自如的折光棱镜或折光反射镜17。所述射出光束通过所述折光反射镜17沿水平方向射出;进而使该折光反射镜17转动而可由出射光形成水平基准面，就是说，本发明可应用于水平仪。

图9表示另一个应用实例。

本应用实例是在第3图所示第一实施例的光源一侧配置了望远镜系统18，这样的构成可用作垂直仪。

实际使用时，在所述结构中整个结构的倾斜通常要受到限制。因此，使用时有必要检测是否是处在要求的倾斜限制之内。用附加下面说明的构成可实现这样的要求。

设置半透光镜40来代替所述的反射镜14，把由所述自由液面1来的反射光束分割成沿竖直方向的反射光束41和透射光束42。透过光束42透过凸透镜43，穿过遮光板44上所穿的针孔45，被测光元件46所接收。所述针孔45配置在前述凸透镜43的焦点处，而所述针孔45的直径与限制范围的大小相对应。

若整个结构倾斜，则自由液面1反射的光束就会发生光轴偏移。如前所述，该结构因为有柱面透镜系统9，所以与整个结构相对应的反射光束对所有方向表现出相同的灵敏度。所述透过光束42通过所述凸透镜43，针孔45在所述光检测元件46被接收。但是，针孔45，所述光检测元件46设置在凸透镜43的焦点上，因此，若该凸透镜43的焦距为f_O，则相对于反射位移角ξ。来说，光轴在针孔45上的移动只为f_O·tanξo。

若该移动量是在所要求的倾斜限制以上时，所述光检测光件46的受光量就如所述针孔45的直径决定的那样，在规定的光量以下。

从而，通过监测所述光检测元件46的受光量，就可判断整个结构的倾斜是否在限制角度之内。

例如，如果对自由液面1的入射角θ＝50°，整个结构的倾斜限定角α＝10′，液体折射率n＝1.4，凸透镜43的焦距fo＝100mm， 设针孔半径为R，则透过前面所述那种柱面透镜系统9之后的光轴偏移为ξo＝2nα。因此，在针孔45（凸透镜43的焦点位置）处的光轴的移动量1为，

l＝fo·tanξo＝100×tan（2×1.4×10/60）＝0.81    （公式12）

于是，若所述针孔45沿其半径打通，则如图11所述的，若透过光束42的束点移动0.81mm，就要落在针孔45的外径上，就因所述遮光板44而使受光量减少。因此，在测得该光量减少的时候，就可通过停止所述光源6的发光，而只在要求范围内才使用。

另外，省略针孔45，可用CCD等测光元件作为所述测光元件46，由这样的测光元件46也可以检测束点位置。

图12说明本发明的第三实施例。图12所示的实施例是用变形棱镜系统33代替图3所示的柱面透镜系统9。

在所述自由液面1不倾斜的状态下，沿着由该自由液面1全反射的反射光束3的光轴配设变形棱镜系统33，它由一对楔形棱镜34、35构成。

反射镜14将透过变形棱镜系统33的光束反射成铅直方向。由该反射镜14所反射的光束透过由凸透镜10、11构成的扩束器12。这里，若凸透镜10的焦距为f₃，凸透镜11的焦距为f₄，则将凸透镜10与凸透镜11的间距设定为f₃+f₄。

另外，也可以将所述变形棱镜系统33设置在经反射镜14反射后的光路中。

假如图12中设定的对液体入射角θ＝50°，仪器的倾斜角也 即自由液面的倾角α＝10′，液体的折射率n＝1.4，则参照图1所得的前述公式2得到自由液面1关于X轴倾斜时的反射位移角ξ_1X′与自由液面1关于Z轴倾斜时的反射位移角ξ_1Z′分别为ξ_1X′＝28′，ξ_1Z′＝18′。因此，所述变位角ξ_1X′与反射变位角ξ_1Z′有（ξ_1X′/ξ_1Z′）＝1.555倍的灵敏度差。于是，这样的条件

ξ_1X′＝2nα，ξ_1Z′＝1.286nα （公式13）

成立。

对所述变形棱镜系统33的上述灵敏度差进行了光学上的补正。

这里，通过图13，图14说明变形棱镜系统。

若设定构成变形棱镜系统33的所述楔形棱镜34，35的棱镜顶角为α₃₄、α₃₅，楔形棱镜34，35的相对角为b，折射率为n_g，入射光束为D_in，出射光束为D_out，则

放大率M＝（D_in/D_out）＝Cos²α/（1-n² _g·Sin²α）

（公式14）

角放大率近似为1/M。因此，

M＝2nα/1.286nα＝1.555    （公式15）

若选定所述棱镜顶角为α₃₄、α₃₅，楔形棱镜34，35的相对角为 b，折射率为n_g（例如当n_g＝1.51时，α₃₄、α₃₅＝27.732°，b＝44，793°），则透过所述变形棱镜33后的ξ1X′变成

2nα×1.286nα/2nα＝1.286nα，即透过变形棱镜系统33后，ξ_1X′＝ξ_1Z′。

因而，透过变形棱镜系统33后的反射光束3的光轴，对于所述自由液面1所有方向的倾斜，通常都有相同的反射位移角，纵使自由液面朝随便哪一方向倾斜，对于该倾斜总是得到相同灵敏度的反射位移角。

此外，在透过所述变形棱镜系统33并由反射镜14朝上反射的光束，透过所述扩束器12的情况下，若该扩束器12的角放大率为1/1.286n，则透过后的光轴只有

（ξ_1X′＝ξ_1Z′＝1.286nα）×1/1.286n＝α （公式16）

的倾斜角。透过所述扩束器12后的最终光轴始终保持与所述自由液面1正交，即保持铅直。这里，扩束器12的凸透镜10的焦距为f₃，凸透镜11的焦距为f₄，则扩束器12的角放大率为f₃/f₄。选择好f₃，f₄，就可能使角放大率成为1/1.286n。

其次，对于图12所示的实施例，使所述变形棱镜系统33转过90°，也可以适当选择所述棱镜34，35的棱镜顶角为α₃₄、α₃₅，楔形棱镜34，35的相对角为b，折射率为n_g，使M＝1/1.555。

也可以利用所述光学系统中的变形棱镜系统33将通常的椭圆状光束变形为圆形光束。例如，在使用激光二极管做光源的情况下，可 通过这个变形棱镜系统33将光束的断面形状变成近似圆形的断面（激光二极管的光束形状是椭圆形的）。

通常，像这种仪器内使用激光二极管的装置，在许多具有作为激光指示器、激光定标器功能的情况下，都希望光束所照射形状近似为圆形。因此，本发明采用变形棱镜系统33进行光轴修正，获得这种圆形形状的光束是很有效的。

如上所述，采用本发明可使出射光束的光轴总是保持铅直。以下，说明有关图12所述的实施例三的应用实例。

图15是把折光棱镜或折光反射镜17转动自如地设置在自所述扩束器12射出的光束的光轴上，所述射出光束通过所述折光反射镜17沿水平方向射出，而且，转动该折光反射镜，可由出射光形成水平基准面。就是说，本发明可应用于水平仪。

图16表示另一应用实例。

该应用实例是在图12所示的第三实施例的光源一侧设置望远镜系统18。这样的构成与图9所示应用实例相同，可用来构成垂直仪。

实际使用时，所述构成中整个结构的倾斜通常受到限制。因此，使用时有必要检测是否处在所要求的倾斜限制之内。这样的要求，可以采用与图10所示的同样措施，这可由图17来说明。

设置半透射镜40代替所述反射镜14，将自所述自由液面反射的光束分割成沿竖直方向的反射光束41和透射光束42。该透射光束42通过凸透镜43，穿过遮光板44上的针孔45被测光元件46所接收。所述的针孔45设在所述凸透镜43的焦点上，而且，所述针孔45的直径与限制范围的大小相对应。

如果整个结构倾斜，则自自由液面1反射的光束就发生光轴角度 偏移。如前所述，由于该结构有变形棱镜系统33，相对于整个构成的倾斜角，反射光束对所有方向表现出相同的灵敏度。所述透射光束42通过所述凸透镜43、针孔45，被所述测光元件46所接受。但是，由于针孔配置于凸透镜43的焦点处，若该凸透镜的焦距为fo，则对于反射位移角ξo，光轴在针孔45处的移动仅为fo·tanξo。

当此移动重量超出所要求的倾斜限制时，所述测光元件的受光量变为如前述针孔45直径所决定的那样低于规定的光量。

于是，监视上述测光元件46的受光量，即可判断整个结构的倾斜是否处于所限定的角度内。

例如，若对自由液面的入射角θ＝50°，整个结构的倾斜限定角α＝10′，液体折射率n＝1.4，凸透镜43的焦距fo＝100mm，针孔半径为R，则前述透过变形棱镜系统33的光轴偏移为ξo＝1.286nα。因而，在针孔45（凸透镜43的焦点位置）处的光轴移动量1为

l＝fo·tanξo＝100×tan（1.286×1.4×10/60）＝0.52    （公式17）

于是，若所述针孔45像图18那样沿其半径穿通，则一旦透过光束42的束点移动0.52mm，就会落在针孔的外径上，即因所述遮光板42而致受光量减少。有此，当得知其光量减少时，即可停止所述光源6发光，以便只在所要求的倾斜范围内使用。

以下通过图19和20说明所述液体封入容器4的具体实例。

将所述液体封装容器4与其它透镜系统一起固定在装置本体中，或者构成装置的一部分。这时，若在存在温度差的环境下使用装置， 比如自室内运至室外，就会在液体封装容器封入的液体内形成一个温度分布。而若液体内部存在温度分布，则折射率也会出现出与该温度分布相对应的分布，光轴就会在液体内部发生折曲。图19和20所示的液体封装容器4便解决了这种不良情况。

以下进行详细说明。

在倒置的台形外罩20内部设置与该外罩形状相似的内罩21。沿该内罩上侧面形成平板状空间22，与空间22连通形成光导入通道23与光导出通道24。使所述光导入通道23的轴心与入射光束的光轴一致，而使所述光导出通道24的轴心与前述自由液面1处于水平状态时的反射光束3的光轴一致。

在上述空间22的底面固定有导热板25。导热板25中央设有能使入射光束与出射光束通过的窗孔26。所述光导入通道23与光导出通道24各自的上端装有透明玻璃制的塞子27，由塞子27密闭封入透明液体28。按照使该透明液体28形成自由液面来决定其封入的量。

上述外罩20容纳进所述内罩21的同时，在内罩21的周围形成一定的环绕空间29。另外，在外罩20的前述光导入通道23及光导出通道24轴心通过的位置处分别设有透明的玻璃窗30和31。所述外罩20成气密结构;所述环绕空间29抽成真空或封入气体。

另外，为了抑制所述外罩20和内罩21对外部放热或吸热，其材质采用合成树脂等导热率小的材质。

如前所述，封装有透明液体28的空间22成薄平板状，又因为还在底面设有导热板25，提高了热传导速度，在透明液体28的温度变化状态方面提高了温度的均匀性。另外，所述环绕空间29形成 对所述内罩21热授受的隔热层，抑制了透明液体28的温度变化，或者抑制了温度的变化速度。

从而，使透明液体28内部产生的温度分布差等受的抑制，还可防止光束光轴的弯折，以及因折射率变化的断面形状的变化，也提高了对环境温度变化的稳定性，改善了测量的精度。

以下，图21表示液体的封装容器4的另一具体实例，在它的内罩21周围没有形成环绕空间29。由隔热材料制成的外罩20覆盖着所述内罩21，该外罩20在所述内罩21周围形成绝热层。

另外，液体封入容器4的形状并不受上述具体实例所限定。

如上所述，本发明是倾斜角自动补偿装置。本发明的倾斜角自动补偿装置在测定装置倾斜，或对要求水平或垂直的测量仪器或计量仪器的倾斜角进行自动补偿，以及作为垂直仪，或由反射光束作基准线，并使反射光束扫描形成基准面作为水平仪等都是有用的。

Claims (13)

1、一种倾斜角自动补偿装置，其特征在于具有封入用以形成自由液面的透明液体的液体容器，把光束以规定角度投射到该自由液面，使在该自由液面上全反射的投光系统，和设置在通过所述液体容器之后的全反射光束光路上所需位置处，使与光轴入射角变化相对应的光轴反射角度变化在各方向均相等的光学系统。

2、一种如权利要求1所述的倾斜角自动补偿装置，其特征在于所述光学系统具有凸柱面透镜和凹柱面透镜。

3、一种如权利要求1所述的倾斜角自动补偿装置，其特征在于所述光学系统具有变形棱镜系统。

4、一种倾斜角自动补偿装置，其特征在于具有封入透明液体以形成自由液面的液体封入容器，将光束以规定角度投射到该自由液面上，以便在自由液面上全反射的投光系统，使从所述自由液面反射的反射光束沿竖直方向反射的反射镜，以及设在所述反射光束光路上所需位置处，使与光轴的入射角变化相对应的光轴反射角变化在各方向均相等，并使与光轴的入射角变化相对应的反射光轴的角度变化相消的光学系统。

5、一种如权利要求4所述的倾斜角自动补偿装置，其特征在于透镜系统具有凸柱面透镜、凹柱面透镜和扩束器。

6、一种如权利要求4所述的倾斜角自动补偿装置，其特征在于透镜系统具有一组特技透镜。

7、一种如权利要求4所述的倾斜角自动补偿装置，其特征在于光学系统具有变形棱镜系统和扩束器。

8、一种如权利要求1或4所述的倾斜角自动补偿装置，其特征在于光学系统设有能使透过的、沿铅直方向光轴的光束变成水平向射出的光路变换机构，使该光路变换机构关于竖直轴自由转动。

9、一种如权利要求1或4所述的倾斜角自动补偿装置，其特征在于向自由液面入射的光束一侧设有望远镜系统。

10、一种如权利要求1或4所述的倾斜角自动补偿装置，其特征在于把令反射光束朝竖直方向反射的反射镜做成半透镜，以光检测元件接收透过该半透镜的光束，以便用该光检测元件检测透过光束的光轴移动。

11、一种如权利要求1或4所述的倾斜角自动补偿装置，其特征在于将透明液体封入板状空间。

12、一种如权利要求11所述的倾斜角自动补偿装置，其特征在于板状空间底面设有导热板。

13、一种如权利要求1或4所述的倾斜角自动补偿装置，其特征在于封入了透明液体的内罩周围形成绝热层。

Images