JP3937268B2 - レーザー装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、レーザー光による測定基準線や基準平面を形成することのできるレーザー測量機に係わり、特に、水平基準線及び基準平面のみならず、水平面に対して所定の角度傾斜した基準線や基準平面を形成することのできるレーザー測量機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の傾斜設定可能な回転レーザー装置には、レーザー投光部が自在に傾斜できる様にジンバル又は球面で支持される構造のものや、垂直軸及び水平軸回りに回転して傾斜設定できる様にレーザー投光部が支持されるものがある。
【０００３】
ここで図１１に基づいて、レーザー投光部が、球面で支持される構造のものを説明する。レーザー投光部９１００は、球面で支持されており、レーザー投光部９１００に設けられた回転照射部９２００から、レーザー光が基準平面上に回転照射される様に構成されている。なお回転照射部９２００は、モータ９２５０により駆動されている。
【０００４】
レーザー投光部９１００は、直交する２方向に伸びるアーム９３００（１方向は図示せず）をモータ９３５０により駆動される上下機構で上下させることにより、１方向又は２方向に傾斜可能に構成されている。このレーザー投光部９１００は、本体に形成された２個の傾斜センサ９４１０、９４２０とにより、整準されている。そしてレーザー投光部９１００は、整準された後に所定の方向に傾斜設定される。
【０００５】
この傾斜設定は、例えば、設定傾斜角度を直接、又は２個の傾斜センサ９４１０、９４２０の出力をモータのパルス数に換算し、演算された角度に基づいて、モータ９３５０を駆動させることにより設定することができる。なお、適宜の傾斜検出器を採用することができる。そして、レーザー投光部９１００を１方向のみ傾斜させれば、所定の方向に対する傾斜面を形成し、レーザー投光部９１００を２方向傾斜させれば、複合傾斜面を形成することができる。
【０００６】
次に図１２に基づいて、より大きな傾斜を設定可能なレーザー投光部９１００が垂直軸及び水平軸上で支持される構成を説明する。垂直軸周りに回動する托架部９５００と、托架部９５００上の水平軸周りに回動するレーザー投光部９１００とから構成されている。このレーザー投光部９１００上には、回転照射部９２００が設けられ、基準平面上にレーザー光を回転照射することができる。そして、レーザー投光部が球面で支持される構成と同様に、適宜の整準手段により整準されている。
【０００７】
レーザー投光部９１００が垂直軸及び水平軸上で支持される構成では、レーザー投光部９１００の回動方向が、傾斜方向と一致する様に托架部を水平軸回りに回転させ、この托架部の回転の後、レーザー投光部９１００を垂直軸回りに傾斜させることにより、傾斜設定を行う様に構成されている。
【０００８】
なお複合傾斜面は、２方向の傾斜データから複合傾斜角を演算し、演算結果に基づいて決定された方向に傾斜させることにより形成することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のレーザー測量機は、傾斜設定装置の回転軸が、理想的な任意の軸を中心に回転する場合には誤差を生じさせることはないが、現実には、円滑に回転させるための軸ガタが必要であり、軸ガタの角度の換算分が傾斜誤差となるという問題点があった。
【００１０】
従って、軸ガタによる傾斜誤差を小さくし、傾斜設定精度を高めることのできるレーザー測量機の出現が強く望まれていた。
【００１１】
更に、球面で支持される回転レーザー装置は、傾斜を設定するための基本的構造が簡単であるため、比較的精度の高い設定が可能であるが、設定勾配に構造的限界があるため、高勾配の設定には適さないという問題点があった。
【００１２】
また、垂直軸及び水平軸上で支持される回転レーザー装置は、高勾配の設定は比較的容易であるが、上述の様に、回転軸に多くの誤差が蓄積されるので、高い工作精度を要求され、コスト高となるという問題点があった。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題に鑑み案出されたもので、鉛直軸周りに回動する托架部と、この托架部に支持され、水平軸周りに回動するレーザー投光部と、該レーザー投光部に設けられ、水平軸と平行な方向にレーザー光を照射させるための光源部と
、前記レーザー投光部に設けられ、基準平面上にレーザー光を回動照射させるための回動照射部と、前記レーザー投光部に設けられ、前記レーザー光を直交する方向に偏向するための第１の偏向手段と、前記回動照射部に設けられ、前記第１の偏向手段からのレーザー光を直交する方向に偏向するための第２の偏向手段とからなり、前記第１の偏向手段は、ミラーから構成されており、このミラーと前記光源部との間に配置されたイメージローテーターを備えており、前記第１の偏向手段と前記第２の偏向手段との光路上に、角倍率縮小手段を設けて構成されている。
【００１４】
更に本発明は、鉛直軸周りに回動する托架部と、この托架部に支持され、水平軸周りに回動するレーザー投光部と、該レーザー投光部に設けられ、水平軸と平行な方向にレーザー光を照射させるための光源部と、前記レーザー投光部に設けられ、基準平面上にレーザー光を回動照射させるための回動照射部と、前記レーザー投光部に設けられ、前記レーザー光を直交する方向に偏向するための第１の偏向手段と、前記回動照射部に設けられ、前記第１の偏向手段からのレーザー光を直交する方向に偏向するための第２の偏向手段とからなり、前記第１の偏向手段は、ペンタミラーから構成されており、このペンタミラーと前記光源部との間に配置されたイメージローテーターを備えており、前記第１の偏向手段と前記第２の偏向手段との光路上に、角倍率縮小手段を設けて構成されている。
【００１５】
また本発明は、イメージローテーターに代えて、第１の反射ミラーと第２の反射ミラーと第３の反射ミラーとを使用する構成にすることもできる。
【００１６】
そして本発明は、鉛直軸周りに回動する托架部と、この托架部に設けられ、水平軸と平行な方向にレーザー光を照射させるための光源部と、前記托架部に支持され、水平軸周りに回動するレーザー投光部と、このレーザー投光部に設けられ基準平面上にレーザー光を回動照射させるための回動照射部と、前記レーザー投光部に設けられ、前記レーザー光を直交する方向に偏向するための第１の偏向手段と、前記回動照射部に設けられ、前記第１の偏向手段からのレーザー光を直交する方向に偏向するための第２の偏向手段とからなり、前記第１の偏向手段は、偏光ビームスプリッタから構成されており、この偏光ビームスプリッタを透過したレーザー光を反射するためのミラーと、このミラーと前記偏光ビームスプリッタとの間に配置された、１／４波長板とイメージローテーターとを備えており、前記第１の偏向手段と前記第２の偏向手段との光路上に、角倍率縮小手段を設けて構成にすることもできる。
【００１８】
更に本発明の托架部には、垂直軸周りの回動を検出するための第１の回転角検出部が設けられ、前記レーザー投光部には、水平軸周りの回動を検出するための第２の回転角検出部が設けられている構成にすることもできる。
【００１９】
また本発明は、傾斜設定のデータと、前記第１の回転角検出部と、前記第２の回転角検出部との角度検出に基づいて、所定方向の傾斜面にレーザー光を照射する構成にすることもできる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以上の様に構成された本発明は、托架部を鉛直軸周りに回動させ、托架部に支持されたレーザー投光部が、水平軸周りに回動させ、レーザー投光部に設けられた光源部が、水平軸と平行な方向にレーザー光を照射させ、レーザー投光部に設けられた回動照射部が、基準平面上にレーザー光を回動照射させ、レーザー投光部に設けられた第１の偏向手段が、レーザー光を直交する方向に偏向させ、回動照射部に設けられた第２の偏向手段が、第１の偏向手段からのレーザー光を直交する方向に偏向させる様になっており、第１の偏向手段は、ミラーから構成されており、イメージローテーターが、ミラーと光源部との間に配置されており、角倍率縮小手段を、第１の偏向手段と第２の偏向手段との光路上に設けている。
【００２１】
また本発明の第１の偏向手段は、ペンタミラーから構成されており、イメージローテーターが、ペンタミラーと光源部との間に配置されており、角倍率縮小手段を、第１の偏向手段と第２の偏向手段との光路上に設けている。
【００２２】
そして本発明は、イメージローテーターに代えて、第１の反射ミラーと第２の反射ミラーと第３の反射ミラーとを使用することもできる。
【００２３】
更に本発明の第１の偏向手段は、偏光ビームスプリッタから構成されており、ミラーが、偏光ビームスプリッタを透過したレーザー光を反射し、１／４波長板とイメージローテーターとが、ミラーと偏光ビームスプリッタとの間に配置されており、角倍率縮小手段を、第１の偏向手段と第２の偏向手段との光路上に設けている。
【００２５】
そして本発明の托架部に、垂直軸周りの回動を検出するための第１の回転角検出部を設け、レーザー投光部に、水平軸周りの回動を検出するための第２の回転角検出部を設けることもできる。
【００２６】
更に本発明は、傾斜設定のデータと、第１の回転角検出部と、第２の回転角検出部との角度検出に基づいて、所定方向の傾斜面にレーザー光を照射することもできる。
【００２７】
【実施例】
【００２８】
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００２９】
（原理）
【００３０】
ここで、本発明の原理について説明する。
【００３１】
「傾斜設定装置の回転軸ガタについて」
【００３２】
まず、回転軸ガタについて説明する。
【００３３】
図４に示す様に、Ｘ軸方向に回転軸７００が設置されており、第１のベアリング７１０と第２のベアリング７２０とにより、回動自在に軸止されている。そして、この回転軸７００（Ｘ軸）と直交する方向に、レーザー光が照射され、このレーザー照射光軸をＺ軸とする。
【００３４】
この回転軸７００のガタによる光学系の傾斜誤差は、図５に示す様にＸＺ平面内誤差θ1と、図６に示すＸＹ平面内誤差θ2となる。
【００３５】
図５に示す様にＸＺ平面内誤差θ1 は、回転軸７００が、原点を中心にＸＺ平面内で、角度θ1だけ回転した場合である。この場合には、照射されるレーザー 光は、Ｚ軸から倒れることになる。
【００３６】
次に図６に示す様に、ＸＹ平面内誤差θ2 は、回転軸７００が、原点を中心にＸＹ平面内で、角度θ2だけ回転した場合である。
【００３７】
「イメージローテーター９６０を使用した補正の原理」
【００３８】
（１）ＸＺ平面内誤差θ1の補正
【００３９】
図７（ａ）に示す様に、レーザー光源６００からのレーザー光が、コリメータレンズ９１０により平行とされてイメージローテーター９６０に入射される。そして、イメージローテーター９６０を通過したレーザー光は、ミラー９７０に入射される。このミラー９７０に入射されたレーザー光は、９０度偏向され、入射方向と直交するＺ軸上に反射される様になっている。
【００４０】
そして、このＺ軸上には、角倍率縮小手段９５０が配置されている。本実施例の角倍率縮小手段９２０は、ｆ1：ｆ2＝２：１となっており、ＸＺ平面内誤差 θ1を補正するものである。イメージローテーター９６０を除き、回転軸７００上に構成されている。そして、イメージローテーター９６０は本体側に固定されている。
【００４１】
図７（ｂ）に示す様に、ＸＺ平面内で、本実施例が角度θ1 回転した場合には、イメージローテーター９６０に入射するレーザー光も、角度θ1だけ傾くことになる。そして、イメージローテーター９６０は、入射されたレーザー光が屈折し、内部の壁面で１回反射した後、再び屈折した後、外部に射出する様になっている。
【００４２】
このイメージローテーター９６０の入射面と出射面とは、同一角度の傾斜面を有しているので、射出されたレーザー光は、入射角度θ1 とは反対方向に角度
２θ1 だけ傾くことになる。
【００４３】
イメージローテーター９６０を出射したレーザー光は、ミラー９７０で９０度偏向され、Ｚ軸に対して角度２θ1 だけ傾くことになる。
【００４４】
そして、Ｚ軸上に配置された角倍率縮小手段９５０に入射するレーザー光線は、Ｚ軸に対して角度２θ1 、鉛直軸に対して角度２θ1＋θ1傾いているが、角倍率縮小手段９５０により、入射するレーザー光線は逆方向に傾くが、ｆ1：ｆ2＝２：１のため、傾きが２θ1 ＊１／２補正されて、ＸＺ平面内誤差は補正される。
【００４５】
（２）ＸＹ平面内誤差θ2の補正
【００４６】
そして図７（ｃ）に示す様に、ＸＹ平面内で、本実施例が角度θ2 回転した場合には、イメージローテーター９６０に関わらず、角度θ2 だけ傾くことになるが、レーザー光源６００とミラー９７０とは一体であるため、ミラー９７０の反射面で９０度方向に直角に反射される。これにより、ＸＹ平面内誤差θ2 はキャンセルされる。
【００４７】
「実施例」
【００４８】
「第１実施例」
【００４９】
本第１実施例のレーザー装置１００００は、図１に示す様に、所定の方向に傾斜を設定することのできるレーザー装置本体１０００と、このレーザー装置本体１０００を水平に載置するための自動整準部２０００とから構成されている。レーザー装置本体１０００は、自動整準部２０００に連結されており、水平方向に回転自在に取り付けられている。
【００５０】
レーザー装置本体１０００は、図１に示す様に、垂直軸周りに回動して傾斜方向に向けるための托架部１０１０と、この托架部１０１０上にあり、鉛直軸に交わる水平軸周りに回動して傾斜を設定するためのレーザー投光部１０２０とから構成されている。
【００５１】
托架部１０１０は、モータ等の適宜の回動手段から構成された托架部駆動手段８１００により回動可能に構成されている。
【００５２】
更にレーザー投光部１０２０も、モータ等の適宜の回動手段から構成されたレーザー投光部駆動手段８２００により回動可能に構成されている。
【００５３】
またレーザー装置本体１００１は、光源部１１００と、コリメータレンズ１２００と、イメージローテーター１３５０と、ミラー１３６０と、角倍率縮小部１４００と、回転照射部１５００と、傾斜センサ１６００と、第１の回転角検出部１７００と、第２の回転角検出部１８００とが備えられている。
【００５４】
光源部１１００はレーザー光源であり、本実施例では、半導体レーザーが採用されているが、レーザー光を照射可能である素子であれば、何れの素子を使用することができる。
【００５５】
コリメータレンズ１２００は、光源部１１００からのレーザー光を平行光線とするためのものである。本実施例では、レーザー装置本体１０００の水平方向にレーザー光が照射される様に構成されている。
【００５６】
なお、レーザー装置本体１０００は、光源部１１００からのレーザー光の射出方向を中心軸として、回動自在に構成されている。従って、レーザー装置本体１０００は、水平方向と直交する面内で回転自在に取り付けられている。
【００５７】
イメージローテーター１３５０は、コリメータレンズ１２００を介して入射されたレーザー光を透過し、ミラー１３６０に入射させるものである。このミラー１３６０に入射されたレーザー光は、９０度偏向され、鉛直上方に反射される様になっている。
【００５８】
そして鉛直上方には、角倍率縮小部１４００が配置されている。本第１実施例の角倍率縮小部１４００は、ｆ1：ｆ2＝２：１となっており、ＸＺ平面内誤差 θ1を補正するものである。
【００５９】
レーザー装置本体１００１が角度θ1 回転した場合には、イメージローテーター１５３０に入射するレーザー光も、角度θ1だけ傾くことになる。そして、イメージローテーター１５３０は、入射されたレーザー光が屈折し、内部の壁面で１回反射した後、再び屈折した後、外部に射出する様になっている。このイメージローテーター１５３０の入射面と出射面とは、同一角度の傾斜面を有しているので、射出されたレーザー光は、入射角度θ1 とは反対方向に角度２θ1 だけ傾くことになる。
【００６０】
イメージローテーター１５３０を出射したレーザー光は、ミラー１３６０で９０度偏向され、Ｚ軸に対して角度２θ1 だけ傾くことになる。
【００６１】
そして、鉛直方向に配置された角倍率縮小部１４００に入射するレーザー光線は、Ｚ軸に対して角度２θ1 、鉛直軸に対して角度２θ1＋θ1傾いているが、角倍率縮小部１４００により、入射するレーザー光線は逆方向に傾くが、ｆ1：ｆ2＝２：１のため、傾きが２θ1 ＊１／２補正されて、ＸＺ平面内誤差は補正される。
【００６２】
回転照射部１５００は、レーザー投光部１０２０に設けられ、傾斜設定した基準平面上にレーザー光を回転照射させるためのものである。この回転照射部１５００には、ペンタプリズム１５１０が固定されており、回転照射部駆動手段８３００により回転可能に構成されている。レーザー光偏角部１３００により鉛直上方に反射されたレーザー光は、角倍率縮小部１４００を通過した後、ペンタプリズム１５１０に入射される。
【００６３】
ペンタプリズム１５１０に入射されたレーザー光は、９０度偏向されて、レーザー装置本体１０００に対して水平方向に反射されると共に、回転ヘッド１５００の回転に伴って、水平方向に回転照射される様に構成されている。従って、基準平面内にレーザー光を照射してレーザー基準面を形成することができる。
【００６４】
なおペンタプリズム１５１０は、第２の偏向手段に該当するものである。
【００６５】
傾斜センサ１６００は、第１の傾斜センサ１６１０と第２の傾斜センサ１６２０とから構成されており、レーザー装置本体１０００の傾きを検出することができる。この傾斜センサ１６００は、傾きを検出することができるものであれば、何れのセンサを採用することができる。本実施例では、気泡管が採用されており、第１の傾斜センサ１６１０と第２の傾斜センサ１６２０により、レーザー装置本体１０００の水平に対する傾きを検出することができる。
【００６６】
傾きを検出する傾斜センサ１６００として例えば、図２に示す様な気泡管を用いたセンサが利用できる。このセンサは、気泡管１６５０の上面に２つの電極１６５１、１６５２、下面に電極１６５３を配置し、気泡１６５０ａが気泡管の傾きに従って移動し、電極１６５１と電極１６５３間及び電極１６５２と電極１６５３間の静電容量Ｃ1、Ｃ2 の変化に変換し、これを検出することにより、気泡 管１６５０の傾きθを求めるものである。
【００６７】
第１の回転角検出部１７００は、托架部１０１０の垂直軸周り（水平方向）の回転角度を検出すると共に、傾斜方向の設定を行うためのものである。本実施例ではローター１７１０が、托架部１０１０に取り付けられており、このローター１７１０と対向する位置にステータ１７２０を配置し、ローター１７１０とステータ１７２０との間の回転角を検出する様に構成されている。第１の回転角検出部１７００は、托架部１０１０の水平方向の回転角度を検出することが可能なものであれば、何れのセンサを使用することができる。
【００６８】
第２の回転角検出部１８００は、レーザー投光部１０２０に設けられ、水平軸周りの回転角度を検出するためのものである。本実施例ではローター１８１０が、レーザー投光部１０２０に取り付けられており、このローター１８１０と対向する位置にステータ１８２０を配置し、ローター１８１０とステータ１８２０との間の回転角を検出する様に構成されている。第２の回転角検出部１８００は、レーザー投光部１０２０の水平軸周りの回転角度を検出することが可能なものであれば、何れのセンサを使用することができる。
【００６９】
次に、図３（ａ）に基づいて本実施例の電気的構成を説明する。
【００７０】
本実施例は、托架部駆動手段８１００と、この托架部駆動手段８１００を制御駆動するための托架部駆動回路８１１０と、レーザー投光部駆動手段８２００と、このレーザー投光部駆動手段８２００を駆動するためのレーザー投光部駆動回路８２１０と、回転照射部駆動手段８３００と、この回転照射部駆動手段８３００を駆動するための回転照射部駆動回路８３１０と、第１の回転角検出部１７００と、この第１の回転角検出部１７００からの信号を処理するための第１の信号処理回路１７３０と、第２の回転角検出部１８００と、この第２の回転角検出部１８００からの信号を処理するための第２の信号処理回路１８３０と、制御手段６０００と、設定手段８５００と、自動整準部２０００とから構成されている。
【００７１】
第１の回転角検出部１７００と第２の回転角検出部１８００の検出信号に基づき、制御手段６０００が、所定の方向にレーザー基準面を作成させる駆動量を演算し、托架部駆動回路８１１０と、レーザー投光部駆動回路８２１０と、回転照射部駆動回路８３１０とを介して、托架部駆動手段８１００とレーザー投光部駆動手段８２００と回転照射部駆動手段８３００とを駆動する様に構成されている。
【００７２】
なお、設定手段８５００が、所定のレーザー基準面を得るためのデータを設定する様になっている。例えば設定手段８５００が、２方向の複合傾斜を設定すれば、制御手段６０００が設定データに基づいた演算を行い、所定のレーザー基準面を形成させる。
【００７３】
そして設定手段８５００は、基準データ設定手段に該当するものである。
【００７４】
更に、回転照射部駆動手段８３００が第１の駆動手段に該当し、托架部駆動手段８１００が第２の駆動手段に該当し、レーザー投光部駆動手段８２００が第３の駆動手段に該当するものである。
【００７５】
また、自動整準部２０００は、第１の傾斜センサ１６１０と第２の傾斜センサ１６２０のデータに基づき、制御手段６０００が、托架部１０１０の回転中心を鉛直方向と一致させる様にするものである。詳細は以下に説明する。
【００７６】
以上の様に構成されたレーザー装置本体１０００は、水平又は鉛直方向にレーザー光線を走査させるものであり、水平出し、心出し、鉛直出し等を行うことができる。即ち、水平面内に走査されるレーザー光線を、測量対象上で検出し、その到達高さから水準測量等を行ったり、鉛直方向にレーザー光線を視光させて、地上の基準点を移行設定させることができる。
【００７７】
自動整準部２０００は、整準台２１００と底板２２００とからなっており、整準台２１００は、３個の整準ネジ２３００、２３００、２３００により上下動自在に支持されている。
【００７８】
次に、自動整準部２０００の電気系統を図３（ｂ）に基づいて説明すると、第１の傾斜センサ１６１０と、第２の傾斜センサ１６２０と、制御手段６０００と、第１のモータ駆動手段７１００と、第２のモータ駆動手段７２００と、第３のモータ駆動手段７３００と、第１のモータ４３１０と、第２のモータ４３２０と、第３のモータ４３３０とからなっている。
【００７９】
第１の傾斜センサ１６１０と第２の傾斜センサ１６２０とは、直交する２軸方向の傾きを検出する様に設定され、レーザー装置本体１０００の傾きを検出するものである。
【００８０】
第２の傾斜センサ１６２０と第１の傾斜センサ１６１０との検出により、托架部の回転中心を垂直に設定するものである。
【００８１】
制御手段６０００は、第１の傾斜センサ１６１０と第２の傾斜センサ１６２０の出力信号に基づき、整準台２１００を基準面に設定するために必要な整準ネジ２３００、２３００、２３００の変位量を演算するものである。即ち、第１の傾斜センサ１６１０と第２の傾斜センサ１６２０とが検出した傾き角が、両方とも０度となる様な３個の整準ネジ２３００、２３００、２３００の移動量をそれぞれ計算するものである。
【００８２】
制御手段６０００は、それぞれの整準ネジ２３００、２３００、２３００の移動量に相当する制御信号を、対応する第１、２、３のモータ駆動手段７１００、７２００、７３００に送出する。第１、２、３のモータ駆動手段７１００、７２００、７３００は、図示せぬコネクタを介して制御手段６０００からの制御信号に基ずき、モータ４３１０、４３２０、４３３０を回動させるための電力を発生させる様になっている。
【００８３】
モータ４３１０、４３２０、４３３０は、モータ駆動手段７１００、７２００、７３００から供給された電力により整準ネジ２３００、２３００、２３００を回動させ、整準台２１００の傾きを修正する。そして、第１の傾斜センサ１６１０と第２の傾斜センサ１６２０は、再び整準台２１００の傾きを検出し、フィードバック制御を行うことにより、レーザー装置本体１０００の鉛直軸を正確に鉛直に整準（基準面に設定）させることができる。なお、任意の２個の整準ネジのみを駆動する様に構成しても、整準が可能である。
【００８４】
以上の様に構成された本実施例は、自動整準部２０００が採用されているので、観測者が平盤水準器を視認しながら、整準ネジ２３０、２３０、２３０を手動で操作することなく、レーザー装置本体１０００の鉛直軸の整準を自動的に行うことができる。
【００８５】
「第２実施例」
【００８６】
本第２実施例のレーザー装置２００００は、図８に示す様に、所定の方向に傾斜を設定することのできるレーザー装置本体１００２と、このレーザー装置本体１００２を水平に載置するための自動整準部２０００とから構成されている。レーザー装置本体１００２は、自動整準部２０００に対して連結されており、水平方向に回転自在に取り付けられている。
【００８７】
またレーザー装置本体１００２は、光源部１１００と、コリメータレンズ１２００と、第１の反射ミラー１３５１と第２の反射ミラー１３５２と第３の反射ミラー１３５３と、ミラー１３６０と、角倍率縮小部１４００と、回転照射部１５００と、傾斜センサ１６００と、第１の回転角検出部１７００と、第２の回転角検出部１８００とが備えられている。
【００８８】
第１の反射ミラー１３５１と第２の反射ミラー１３５２と第３の反射ミラー１３５３とは、第１実施例のイメージローテーター１３５０と等価なものである。
【００８９】
レーザー装置本体１００２が角度θ1 回転した場合には、第１の反射ミラー１３５１に入射するレーザー光も、角度θ1だけ傾くことになる。そして、第１の反射ミラー１３５１は、入射されたレーザー光が反射し、第２の反射ミラー１３５２で反射した後、第３の反射ミラー１３５３で反射された後、外部に射出する様になっている。
【００９０】
第１の反射ミラー１３５１と第２の反射ミラー１３５２と第３の反射ミラー１３５３を経て、出射されたレーザー光は、ミラー１３６０で９０度偏向され、角度２θ1 だけ傾くことになる。
【００９１】
そして、鉛直方向に配置された角倍率縮小部１４００に入射するレーザー光線は、第１実施例と同様に角度２θ1 傾いているが、角倍率縮小部１４００により、傾きが２θ1 ＊１／２に補正されて、ＸＺ平面内誤差θ1 は補正される。
【００９２】
第２実施例のその他の構成、効果、作用等は、第１実施例と同様であるから、説明を省略する。
【００９３】
「第３実施例」
【００９４】
本第３実施例のレーザー装置３００００は、図９に示す様に、所定の方向に傾斜を設定することのできるレーザー装置本体１００３と、このレーザー装置本体１００３を水平に載置するための自動整準部２０００とから構成されている。レーザー装置本体１００３は、自動整準部２０００に対して連結されており、水平方向に回転自在に取り付けられている。
【００９５】
またレーザー装置本体１００３は、光源部１１００と、コリメータレンズ１２００と、イメージローテーター１３５０と、ペンタミラー１３６５と、角倍率縮小部１４００と、回転照射部１５００と、傾斜センサ１６００と、第１の回転角検出部１７００と、第２の回転角検出部１８００とが備えられている。
【００９６】
イメージローテーター１３５０は、コリメータレンズ１２００を介して入射されたレーザー光を透過し、ペンタミラー１３６５に入射させるものである。このペンタミラー１３６５に入射されたレーザー光は、９０度偏向され、鉛直上方に反射される様になっている。
【００９７】
そして鉛直上方には、角倍率縮小部１４００が配置されている。本第２実施例の角倍率縮小部１４００は、ｆ1：ｆ2＝２：１となっており、ＸＺ平面内誤差 θ1を補正するものである。
【００９８】
レーザー装置本体１００３が角度θ1 回転した場合には、イメージローテーター１５３０に入射するレーザー光も、角度θ1だけ傾くことになる。そして、イメージローテーター１５３０は、入射されたレーザー光が屈折し、内部の壁面で１回反射した後、再び屈折した後、外部に射出する様になっている。このイメージローテーター１５３０の入射面と出射面とは、同一角度の傾斜面を有しているので、射出されたレーザー光は、入射角度θ1 とは反対の方向に角度２θ1 だけ傾くことになる。
【００９９】
イメージローテーター１５３０を出射したレーザー光は、ペンタプリズム１３６５で偏向され、Ｚ軸に対して角度２θ1 だけ傾くことになる。
【０１００】
ペンタプリズム１３６５は、ミラーと異なり、Ｚ軸に対して逆方向に角度２θ1傾けるため「オウレンズ」を使用した角倍率縮小部での補正となる。
【０１０１】
そして、鉛直方向に配置された角倍率縮小部１４００に入射するレーザー光線は、角度２θ1 回転傾いているが、角倍率縮小部１４００により、傾きが２θ1 ＊１／２に補正されて、ＸＺ平面内誤差θ1 は補正される。
【０１０２】
第３実施例のその他の構成、効果、作用等は、第１〜２実施例と同様であるから、説明を省略する。
【０１０３】
「第４実施例」
【０１０４】
本第４実施例のレーザー装置４００００は、図１０に示す様に、所定の方向に傾斜を設定することのできるレーザー装置本体１００４と、このレーザー装置本体１００４を水平に載置するための自動整準部２０００とから構成されている。レーザー装置本体１００４は、自動整準部２０００に対して連結されており、水平方向に回転自在に取り付けられている。
【０１０５】
またレーザー装置本体１００４は、他の実施例と異なり、軸の反対側に設けた光源部１１００と、コリメータレンズ１２００と、偏光ビームスピリッタ１３１０と、１／４波長板１３２０と、イメージローテーター１５３０と、ミラー１３２５と、角倍率縮小部１４００と、回転照射部１５００と、傾斜センサ１６００と、第１の回転角検出部１７００と、第２の回転角検出部１８００とが備えられている。
【０１０６】
偏光ビームスピリッタ１３１０は、コリメータレンズ１２００を介して入射されたレーザー光を透過し、１／４波長板１３２０を介して、イメージローテーター１５３０に入射される。そしてイメージローテーター１５３０から出射されたレーザー光は、ミラー１３２５で反射され、再び、イメージローテーター１５３０を通過した後、１／４波長板１３２０を介して、偏光ビームスピリッタ１３１０に入射される。
【０１０７】
偏光ビームスピリッタ１３１０に入射されたレーザー光は、９０度偏向され、鉛直上方に反射される様になっている。
【０１０８】
そして鉛直上方には、角倍率縮小部１４００が配置されている。本第４実施例の角倍率縮小部１４００は、ｆ1：ｆ2＝４：１となっており、ＸＺ平面内誤差 θ1を補正するものである。即ち、本第５実施例では、イメージローテーター１５３０を２回通過するため、４θ1となっている。
【０１０９】
なお本第４実施例では、ミラー１３２５とレーザー光源等が一体であるため、直角プリズム等を必要としない。
【０１１０】
【効果】
以上の様に構成された本発明は、鉛直軸周りに回動する托架部と、この托架部に支持され、水平軸周りに回動するレーザー投光部と、該レーザー投光部に設けられ、水平軸と平行な方向にレーザー光を照射させるための光源部と、前記レーザー投光部に設けられ、基準平面上にレーザー光を回動照射させるための回動照射部と、前記レーザー投光部に設けられ、前記レーザー光を直交する方向に偏向するための第１の偏向手段と、前記回動照射部に設けられ、前記第１の偏向手段からのレーザー光を直交する方向に偏向するための第２の偏向手段とからなり、前記第１の偏向手段は、ミラーから構成されており、このミラーと前記光源部との間に配置されたイメージローテーターを備えており、前記第１の偏向手段と前記第２の偏向手段との光路上に、角倍率縮小手段を設ける構成となっているので、球面で支持されるタイプの回転レーザー装置でも、高勾配の設定が可能であり、垂直軸及び水平軸上で支持されるタイプの回転レーザー装置でも、回転軸に多くの誤差が蓄積されることなく、コスト安で高精度のレーザー装置を提供できるという卓越した効果がある。
【０１１１】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例であるレーザー装置１０００を説明する図である。
【図２】傾斜センサ１６００を説明する図である。
【図３（ａ）】本実施例の電気的構成を説明する図である。
【図３（ｂ）】自動整準部２０００の電気系統を説明する図である。
【図４】傾斜設定装置の回転軸ガタについて説明する図である。
【図５】ＸＺ平面内誤差θ１を説明する図である。
【図６】ＸＹ平面内誤差θ２を説明する図である。
【図７】イメージローテーターを利用した補正の原理を説明する図である。
【図８】本発明の第２実施例であるレーザー装置１００２を説明する図である。
【図９】本発明の第３実施例であるレーザー装置１００３を説明する図である。
【図１０】本発明の第４実施例であるレーザー装置１００４を説明する図である。
【図１１】従来技術を説明する図である。
【図１２】従来技術を説明する図である。
【符号の説明】
１００００ 第１実施例のレーザー装置
２００００ 第２実施例のレーザー装置
３００００ 第３実施例のレーサー装置
４００００ 第４実施例のレーザー装置
１００１ 第１実施例のレーザー装置本体
１００２ 第２実施例のレーザー装置本体
１００３ 第３実施例のレーザー装置本体
１００４ 第４実施例のレーザー装置本体
１０１０ 托架部
１０２０ レーザー投光部
１１００ 光源部
１２００ 対物レンズ
１３００ レーザー光偏角部
１３１０ 偏光ビームスピリッタ
１３２０ １／４波長板
１３２５ ミラー
１３３０ 直角プリズム
１３５０ イメージローテーター
１３５１ 第１の反射ミラー
１３５２ 第２の反射ミラー
１３５３ 第３の反射ミラー
１３６０ ミラー
１３６５ ペンタミラー
１４００ 角倍率縮小部
１５００ 回転ヘッド
１５１０ ペンタプリズム
１６００ 傾斜センサ
１６１０ 第１の傾斜センサ
１６２０ 第２の傾斜センサ
１７００ 第１の回転角検出部
１７１０ ローター
１７２０ ステータ
１７３０ 第１の信号処理回路
１８００ 第２の回転角検出部
１８１０ ローター
１８２０ ステータ
１８３０ 第２の信号処理回路
２０００ 自動整準部
２１００ 整準台
２３００ 整準ネジ
４０００ 駆動手段
６０００ 制御手段
８１００ 托架部駆動手段
８１１０ 托架部駆動回路
８２００ レーザー投光部駆動手段
８２１０ レーザー投光部駆動回路
８３００ 回転照射部駆動手段
８３１０ 回転照射部駆動回路
８５００ 設定手段
【産業上の利用分野】
本発明は、レーザー光による測定基準線や基準平面を形成することのできるレーザー測量機に係わり、特に、水平基準線及び基準平面のみならず、水平面に対して所定の角度傾斜した基準線や基準平面を形成することのできるレーザー測量機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の傾斜設定可能な回転レーザー装置には、レーザー投光部が自在に傾斜できる様にジンバル又は球面で支持される構造のものや、垂直軸及び水平軸回りに回転して傾斜設定できる様にレーザー投光部が支持されるものがある。
【０００３】
ここで図１１に基づいて、レーザー投光部が、球面で支持される構造のものを説明する。レーザー投光部９１００は、球面で支持されており、レーザー投光部９１００に設けられた回転照射部９２００から、レーザー光が基準平面上に回転照射される様に構成されている。なお回転照射部９２００は、モータ９２５０により駆動されている。
【０００４】
レーザー投光部９１００は、直交する２方向に伸びるアーム９３００（１方向は図示せず）をモータ９３５０により駆動される上下機構で上下させることにより、１方向又は２方向に傾斜可能に構成されている。このレーザー投光部９１００は、本体に形成された２個の傾斜センサ９４１０、９４２０とにより、整準されている。そしてレーザー投光部９１００は、整準された後に所定の方向に傾斜設定される。
【０００５】
この傾斜設定は、例えば、設定傾斜角度を直接、又は２個の傾斜センサ９４１０、９４２０の出力をモータのパルス数に換算し、演算された角度に基づいて、モータ９３５０を駆動させることにより設定することができる。なお、適宜の傾斜検出器を採用することができる。そして、レーザー投光部９１００を１方向のみ傾斜させれば、所定の方向に対する傾斜面を形成し、レーザー投光部９１００を２方向傾斜させれば、複合傾斜面を形成することができる。
【０００６】
次に図１２に基づいて、より大きな傾斜を設定可能なレーザー投光部９１００が垂直軸及び水平軸上で支持される構成を説明する。垂直軸周りに回動する托架部９５００と、托架部９５００上の水平軸周りに回動するレーザー投光部９１００とから構成されている。このレーザー投光部９１００上には、回転照射部９２００が設けられ、基準平面上にレーザー光を回転照射することができる。そして、レーザー投光部が球面で支持される構成と同様に、適宜の整準手段により整準されている。
【０００７】
レーザー投光部９１００が垂直軸及び水平軸上で支持される構成では、レーザー投光部９１００の回動方向が、傾斜方向と一致する様に托架部を水平軸回りに回転させ、この托架部の回転の後、レーザー投光部９１００を垂直軸回りに傾斜させることにより、傾斜設定を行う様に構成されている。
【０００８】
なお複合傾斜面は、２方向の傾斜データから複合傾斜角を演算し、演算結果に基づいて決定された方向に傾斜させることにより形成することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のレーザー測量機は、傾斜設定装置の回転軸が、理想的な任意の軸を中心に回転する場合には誤差を生じさせることはないが、現実には、円滑に回転させるための軸ガタが必要であり、軸ガタの角度の換算分が傾斜誤差となるという問題点があった。
【００１０】
従って、軸ガタによる傾斜誤差を小さくし、傾斜設定精度を高めることのできるレーザー測量機の出現が強く望まれていた。
【００１１】
更に、球面で支持される回転レーザー装置は、傾斜を設定するための基本的構造が簡単であるため、比較的精度の高い設定が可能であるが、設定勾配に構造的限界があるため、高勾配の設定には適さないという問題点があった。
【００１２】
また、垂直軸及び水平軸上で支持される回転レーザー装置は、高勾配の設定は比較的容易であるが、上述の様に、回転軸に多くの誤差が蓄積されるので、高い工作精度を要求され、コスト高となるという問題点があった。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題に鑑み案出されたもので、鉛直軸周りに回動する托架部と、この托架部に支持され、水平軸周りに回動するレーザー投光部と、該レーザー投光部に設けられ、水平軸と平行な方向にレーザー光を照射させるための光源部と
、前記レーザー投光部に設けられ、基準平面上にレーザー光を回動照射させるための回動照射部と、前記レーザー投光部に設けられ、前記レーザー光を直交する方向に偏向するための第１の偏向手段と、前記回動照射部に設けられ、前記第１の偏向手段からのレーザー光を直交する方向に偏向するための第２の偏向手段とからなり、前記第１の偏向手段は、ミラーから構成されており、このミラーと前記光源部との間に配置されたイメージローテーターを備えており、前記第１の偏向手段と前記第２の偏向手段との光路上に、角倍率縮小手段を設けて構成されている。
【００１４】
更に本発明は、鉛直軸周りに回動する托架部と、この托架部に支持され、水平軸周りに回動するレーザー投光部と、該レーザー投光部に設けられ、水平軸と平行な方向にレーザー光を照射させるための光源部と、前記レーザー投光部に設けられ、基準平面上にレーザー光を回動照射させるための回動照射部と、前記レーザー投光部に設けられ、前記レーザー光を直交する方向に偏向するための第１の偏向手段と、前記回動照射部に設けられ、前記第１の偏向手段からのレーザー光を直交する方向に偏向するための第２の偏向手段とからなり、前記第１の偏向手段は、ペンタミラーから構成されており、このペンタミラーと前記光源部との間に配置されたイメージローテーターを備えており、前記第１の偏向手段と前記第２の偏向手段との光路上に、角倍率縮小手段を設けて構成されている。
【００１５】
また本発明は、イメージローテーターに代えて、第１の反射ミラーと第２の反射ミラーと第３の反射ミラーとを使用する構成にすることもできる。
【００１６】
そして本発明は、鉛直軸周りに回動する托架部と、この托架部に設けられ、水平軸と平行な方向にレーザー光を照射させるための光源部と、前記托架部に支持され、水平軸周りに回動するレーザー投光部と、このレーザー投光部に設けられ基準平面上にレーザー光を回動照射させるための回動照射部と、前記レーザー投光部に設けられ、前記レーザー光を直交する方向に偏向するための第１の偏向手段と、前記回動照射部に設けられ、前記第１の偏向手段からのレーザー光を直交する方向に偏向するための第２の偏向手段とからなり、前記第１の偏向手段は、偏光ビームスプリッタから構成されており、この偏光ビームスプリッタを透過したレーザー光を反射するためのミラーと、このミラーと前記偏光ビームスプリッタとの間に配置された、１／４波長板とイメージローテーターとを備えており、前記第１の偏向手段と前記第２の偏向手段との光路上に、角倍率縮小手段を設けて構成にすることもできる。
【００１８】
更に本発明の托架部には、垂直軸周りの回動を検出するための第１の回転角検出部が設けられ、前記レーザー投光部には、水平軸周りの回動を検出するための第２の回転角検出部が設けられている構成にすることもできる。
【００１９】
また本発明は、傾斜設定のデータと、前記第１の回転角検出部と、前記第２の回転角検出部との角度検出に基づいて、所定方向の傾斜面にレーザー光を照射する構成にすることもできる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以上の様に構成された本発明は、托架部を鉛直軸周りに回動させ、托架部に支持されたレーザー投光部が、水平軸周りに回動させ、レーザー投光部に設けられた光源部が、水平軸と平行な方向にレーザー光を照射させ、レーザー投光部に設けられた回動照射部が、基準平面上にレーザー光を回動照射させ、レーザー投光部に設けられた第１の偏向手段が、レーザー光を直交する方向に偏向させ、回動照射部に設けられた第２の偏向手段が、第１の偏向手段からのレーザー光を直交する方向に偏向させる様になっており、第１の偏向手段は、ミラーから構成されており、イメージローテーターが、ミラーと光源部との間に配置されており、角倍率縮小手段を、第１の偏向手段と第２の偏向手段との光路上に設けている。
【００２１】
また本発明の第１の偏向手段は、ペンタミラーから構成されており、イメージローテーターが、ペンタミラーと光源部との間に配置されており、角倍率縮小手段を、第１の偏向手段と第２の偏向手段との光路上に設けている。
【００２２】
そして本発明は、イメージローテーターに代えて、第１の反射ミラーと第２の反射ミラーと第３の反射ミラーとを使用することもできる。
【００２３】
更に本発明の第１の偏向手段は、偏光ビームスプリッタから構成されており、ミラーが、偏光ビームスプリッタを透過したレーザー光を反射し、１／４波長板とイメージローテーターとが、ミラーと偏光ビームスプリッタとの間に配置されており、角倍率縮小手段を、第１の偏向手段と第２の偏向手段との光路上に設けている。
【００２５】
そして本発明の托架部に、垂直軸周りの回動を検出するための第１の回転角検出部を設け、レーザー投光部に、水平軸周りの回動を検出するための第２の回転角検出部を設けることもできる。
【００２６】
更に本発明は、傾斜設定のデータと、第１の回転角検出部と、第２の回転角検出部との角度検出に基づいて、所定方向の傾斜面にレーザー光を照射することもできる。
【００２７】
【実施例】
【００２８】
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００２９】
（原理）
【００３０】
ここで、本発明の原理について説明する。
【００３１】
「傾斜設定装置の回転軸ガタについて」
【００３２】
まず、回転軸ガタについて説明する。
【００３３】
図４に示す様に、Ｘ軸方向に回転軸７００が設置されており、第１のベアリング７１０と第２のベアリング７２０とにより、回動自在に軸止されている。そして、この回転軸７００（Ｘ軸）と直交する方向に、レーザー光が照射され、このレーザー照射光軸をＺ軸とする。
【００３４】
この回転軸７００のガタによる光学系の傾斜誤差は、図５に示す様にＸＺ平面内誤差θ1と、図６に示すＸＹ平面内誤差θ2となる。
【００３５】
図５に示す様にＸＺ平面内誤差θ1 は、回転軸７００が、原点を中心にＸＺ平面内で、角度θ1だけ回転した場合である。この場合には、照射されるレーザー 光は、Ｚ軸から倒れることになる。
【００３６】
次に図６に示す様に、ＸＹ平面内誤差θ2 は、回転軸７００が、原点を中心にＸＹ平面内で、角度θ2だけ回転した場合である。
【００３７】
「イメージローテーター９６０を使用した補正の原理」
【００３８】
（１）ＸＺ平面内誤差θ1の補正
【００３９】
図７（ａ）に示す様に、レーザー光源６００からのレーザー光が、コリメータレンズ９１０により平行とされてイメージローテーター９６０に入射される。そして、イメージローテーター９６０を通過したレーザー光は、ミラー９７０に入射される。このミラー９７０に入射されたレーザー光は、９０度偏向され、入射方向と直交するＺ軸上に反射される様になっている。
【００４０】
そして、このＺ軸上には、角倍率縮小手段９５０が配置されている。本実施例の角倍率縮小手段９２０は、ｆ1：ｆ2＝２：１となっており、ＸＺ平面内誤差 θ1を補正するものである。イメージローテーター９６０を除き、回転軸７００上に構成されている。そして、イメージローテーター９６０は本体側に固定されている。
【００４１】
図７（ｂ）に示す様に、ＸＺ平面内で、本実施例が角度θ1 回転した場合には、イメージローテーター９６０に入射するレーザー光も、角度θ1だけ傾くことになる。そして、イメージローテーター９６０は、入射されたレーザー光が屈折し、内部の壁面で１回反射した後、再び屈折した後、外部に射出する様になっている。
【００４２】
このイメージローテーター９６０の入射面と出射面とは、同一角度の傾斜面を有しているので、射出されたレーザー光は、入射角度θ1 とは反対方向に角度
２θ1 だけ傾くことになる。
【００４３】
イメージローテーター９６０を出射したレーザー光は、ミラー９７０で９０度偏向され、Ｚ軸に対して角度２θ1 だけ傾くことになる。
【００４４】
そして、Ｚ軸上に配置された角倍率縮小手段９５０に入射するレーザー光線は、Ｚ軸に対して角度２θ1 、鉛直軸に対して角度２θ1＋θ1傾いているが、角倍率縮小手段９５０により、入射するレーザー光線は逆方向に傾くが、ｆ1：ｆ2＝２：１のため、傾きが２θ1 ＊１／２補正されて、ＸＺ平面内誤差は補正される。
【００４５】
（２）ＸＹ平面内誤差θ2の補正
【００４６】
そして図７（ｃ）に示す様に、ＸＹ平面内で、本実施例が角度θ2 回転した場合には、イメージローテーター９６０に関わらず、角度θ2 だけ傾くことになるが、レーザー光源６００とミラー９７０とは一体であるため、ミラー９７０の反射面で９０度方向に直角に反射される。これにより、ＸＹ平面内誤差θ2 はキャンセルされる。
【００４７】
「実施例」
【００４８】
「第１実施例」
【００４９】
本第１実施例のレーザー装置１００００は、図１に示す様に、所定の方向に傾斜を設定することのできるレーザー装置本体１０００と、このレーザー装置本体１０００を水平に載置するための自動整準部２０００とから構成されている。レーザー装置本体１０００は、自動整準部２０００に連結されており、水平方向に回転自在に取り付けられている。
【００５０】
レーザー装置本体１０００は、図１に示す様に、垂直軸周りに回動して傾斜方向に向けるための托架部１０１０と、この托架部１０１０上にあり、鉛直軸に交わる水平軸周りに回動して傾斜を設定するためのレーザー投光部１０２０とから構成されている。
【００５１】
托架部１０１０は、モータ等の適宜の回動手段から構成された托架部駆動手段８１００により回動可能に構成されている。
【００５２】
更にレーザー投光部１０２０も、モータ等の適宜の回動手段から構成されたレーザー投光部駆動手段８２００により回動可能に構成されている。
【００５３】
またレーザー装置本体１００１は、光源部１１００と、コリメータレンズ１２００と、イメージローテーター１３５０と、ミラー１３６０と、角倍率縮小部１４００と、回転照射部１５００と、傾斜センサ１６００と、第１の回転角検出部１７００と、第２の回転角検出部１８００とが備えられている。
【００５４】
光源部１１００はレーザー光源であり、本実施例では、半導体レーザーが採用されているが、レーザー光を照射可能である素子であれば、何れの素子を使用することができる。
【００５５】
コリメータレンズ１２００は、光源部１１００からのレーザー光を平行光線とするためのものである。本実施例では、レーザー装置本体１０００の水平方向にレーザー光が照射される様に構成されている。
【００５６】
なお、レーザー装置本体１０００は、光源部１１００からのレーザー光の射出方向を中心軸として、回動自在に構成されている。従って、レーザー装置本体１０００は、水平方向と直交する面内で回転自在に取り付けられている。
【００５７】
イメージローテーター１３５０は、コリメータレンズ１２００を介して入射されたレーザー光を透過し、ミラー１３６０に入射させるものである。このミラー１３６０に入射されたレーザー光は、９０度偏向され、鉛直上方に反射される様になっている。
【００５８】
そして鉛直上方には、角倍率縮小部１４００が配置されている。本第１実施例の角倍率縮小部１４００は、ｆ1：ｆ2＝２：１となっており、ＸＺ平面内誤差 θ1を補正するものである。
【００５９】
レーザー装置本体１００１が角度θ1 回転した場合には、イメージローテーター１５３０に入射するレーザー光も、角度θ1だけ傾くことになる。そして、イメージローテーター１５３０は、入射されたレーザー光が屈折し、内部の壁面で１回反射した後、再び屈折した後、外部に射出する様になっている。このイメージローテーター１５３０の入射面と出射面とは、同一角度の傾斜面を有しているので、射出されたレーザー光は、入射角度θ1 とは反対方向に角度２θ1 だけ傾くことになる。
【００６０】
イメージローテーター１５３０を出射したレーザー光は、ミラー１３６０で９０度偏向され、Ｚ軸に対して角度２θ1 だけ傾くことになる。
【００６１】
そして、鉛直方向に配置された角倍率縮小部１４００に入射するレーザー光線は、Ｚ軸に対して角度２θ1 、鉛直軸に対して角度２θ1＋θ1傾いているが、角倍率縮小部１４００により、入射するレーザー光線は逆方向に傾くが、ｆ1：ｆ2＝２：１のため、傾きが２θ1 ＊１／２補正されて、ＸＺ平面内誤差は補正される。
【００６２】
回転照射部１５００は、レーザー投光部１０２０に設けられ、傾斜設定した基準平面上にレーザー光を回転照射させるためのものである。この回転照射部１５００には、ペンタプリズム１５１０が固定されており、回転照射部駆動手段８３００により回転可能に構成されている。レーザー光偏角部１３００により鉛直上方に反射されたレーザー光は、角倍率縮小部１４００を通過した後、ペンタプリズム１５１０に入射される。
【００６３】
ペンタプリズム１５１０に入射されたレーザー光は、９０度偏向されて、レーザー装置本体１０００に対して水平方向に反射されると共に、回転ヘッド１５００の回転に伴って、水平方向に回転照射される様に構成されている。従って、基準平面内にレーザー光を照射してレーザー基準面を形成することができる。
【００６４】
なおペンタプリズム１５１０は、第２の偏向手段に該当するものである。
【００６５】
傾斜センサ１６００は、第１の傾斜センサ１６１０と第２の傾斜センサ１６２０とから構成されており、レーザー装置本体１０００の傾きを検出することができる。この傾斜センサ１６００は、傾きを検出することができるものであれば、何れのセンサを採用することができる。本実施例では、気泡管が採用されており、第１の傾斜センサ１６１０と第２の傾斜センサ１６２０により、レーザー装置本体１０００の水平に対する傾きを検出することができる。
【００６６】
傾きを検出する傾斜センサ１６００として例えば、図２に示す様な気泡管を用いたセンサが利用できる。このセンサは、気泡管１６５０の上面に２つの電極１６５１、１６５２、下面に電極１６５３を配置し、気泡１６５０ａが気泡管の傾きに従って移動し、電極１６５１と電極１６５３間及び電極１６５２と電極１６５３間の静電容量Ｃ1、Ｃ2 の変化に変換し、これを検出することにより、気泡 管１６５０の傾きθを求めるものである。
【００６７】
第１の回転角検出部１７００は、托架部１０１０の垂直軸周り（水平方向）の回転角度を検出すると共に、傾斜方向の設定を行うためのものである。本実施例ではローター１７１０が、托架部１０１０に取り付けられており、このローター１７１０と対向する位置にステータ１７２０を配置し、ローター１７１０とステータ１７２０との間の回転角を検出する様に構成されている。第１の回転角検出部１７００は、托架部１０１０の水平方向の回転角度を検出することが可能なものであれば、何れのセンサを使用することができる。
【００６８】
第２の回転角検出部１８００は、レーザー投光部１０２０に設けられ、水平軸周りの回転角度を検出するためのものである。本実施例ではローター１８１０が、レーザー投光部１０２０に取り付けられており、このローター１８１０と対向する位置にステータ１８２０を配置し、ローター１８１０とステータ１８２０との間の回転角を検出する様に構成されている。第２の回転角検出部１８００は、レーザー投光部１０２０の水平軸周りの回転角度を検出することが可能なものであれば、何れのセンサを使用することができる。
【００６９】
次に、図３（ａ）に基づいて本実施例の電気的構成を説明する。
【００７０】
本実施例は、托架部駆動手段８１００と、この托架部駆動手段８１００を制御駆動するための托架部駆動回路８１１０と、レーザー投光部駆動手段８２００と、このレーザー投光部駆動手段８２００を駆動するためのレーザー投光部駆動回路８２１０と、回転照射部駆動手段８３００と、この回転照射部駆動手段８３００を駆動するための回転照射部駆動回路８３１０と、第１の回転角検出部１７００と、この第１の回転角検出部１７００からの信号を処理するための第１の信号処理回路１７３０と、第２の回転角検出部１８００と、この第２の回転角検出部１８００からの信号を処理するための第２の信号処理回路１８３０と、制御手段６０００と、設定手段８５００と、自動整準部２０００とから構成されている。
【００７１】
第１の回転角検出部１７００と第２の回転角検出部１８００の検出信号に基づき、制御手段６０００が、所定の方向にレーザー基準面を作成させる駆動量を演算し、托架部駆動回路８１１０と、レーザー投光部駆動回路８２１０と、回転照射部駆動回路８３１０とを介して、托架部駆動手段８１００とレーザー投光部駆動手段８２００と回転照射部駆動手段８３００とを駆動する様に構成されている。
【００７２】
なお、設定手段８５００が、所定のレーザー基準面を得るためのデータを設定する様になっている。例えば設定手段８５００が、２方向の複合傾斜を設定すれば、制御手段６０００が設定データに基づいた演算を行い、所定のレーザー基準面を形成させる。
【００７３】
そして設定手段８５００は、基準データ設定手段に該当するものである。
【００７４】
更に、回転照射部駆動手段８３００が第１の駆動手段に該当し、托架部駆動手段８１００が第２の駆動手段に該当し、レーザー投光部駆動手段８２００が第３の駆動手段に該当するものである。
【００７５】
また、自動整準部２０００は、第１の傾斜センサ１６１０と第２の傾斜センサ１６２０のデータに基づき、制御手段６０００が、托架部１０１０の回転中心を鉛直方向と一致させる様にするものである。詳細は以下に説明する。
【００７６】
以上の様に構成されたレーザー装置本体１０００は、水平又は鉛直方向にレーザー光線を走査させるものであり、水平出し、心出し、鉛直出し等を行うことができる。即ち、水平面内に走査されるレーザー光線を、測量対象上で検出し、その到達高さから水準測量等を行ったり、鉛直方向にレーザー光線を視光させて、地上の基準点を移行設定させることができる。
【００７７】
自動整準部２０００は、整準台２１００と底板２２００とからなっており、整準台２１００は、３個の整準ネジ２３００、２３００、２３００により上下動自在に支持されている。
【００７８】
次に、自動整準部２０００の電気系統を図３（ｂ）に基づいて説明すると、第１の傾斜センサ１６１０と、第２の傾斜センサ１６２０と、制御手段６０００と、第１のモータ駆動手段７１００と、第２のモータ駆動手段７２００と、第３のモータ駆動手段７３００と、第１のモータ４３１０と、第２のモータ４３２０と、第３のモータ４３３０とからなっている。
【００７９】
第１の傾斜センサ１６１０と第２の傾斜センサ１６２０とは、直交する２軸方向の傾きを検出する様に設定され、レーザー装置本体１０００の傾きを検出するものである。
【００８０】
第２の傾斜センサ１６２０と第１の傾斜センサ１６１０との検出により、托架部の回転中心を垂直に設定するものである。
【００８１】
制御手段６０００は、第１の傾斜センサ１６１０と第２の傾斜センサ１６２０の出力信号に基づき、整準台２１００を基準面に設定するために必要な整準ネジ２３００、２３００、２３００の変位量を演算するものである。即ち、第１の傾斜センサ１６１０と第２の傾斜センサ１６２０とが検出した傾き角が、両方とも０度となる様な３個の整準ネジ２３００、２３００、２３００の移動量をそれぞれ計算するものである。
【００８２】
制御手段６０００は、それぞれの整準ネジ２３００、２３００、２３００の移動量に相当する制御信号を、対応する第１、２、３のモータ駆動手段７１００、７２００、７３００に送出する。第１、２、３のモータ駆動手段７１００、７２００、７３００は、図示せぬコネクタを介して制御手段６０００からの制御信号に基ずき、モータ４３１０、４３２０、４３３０を回動させるための電力を発生させる様になっている。
【００８３】
モータ４３１０、４３２０、４３３０は、モータ駆動手段７１００、７２００、７３００から供給された電力により整準ネジ２３００、２３００、２３００を回動させ、整準台２１００の傾きを修正する。そして、第１の傾斜センサ１６１０と第２の傾斜センサ１６２０は、再び整準台２１００の傾きを検出し、フィードバック制御を行うことにより、レーザー装置本体１０００の鉛直軸を正確に鉛直に整準（基準面に設定）させることができる。なお、任意の２個の整準ネジのみを駆動する様に構成しても、整準が可能である。
【００８４】
以上の様に構成された本実施例は、自動整準部２０００が採用されているので、観測者が平盤水準器を視認しながら、整準ネジ２３０、２３０、２３０を手動で操作することなく、レーザー装置本体１０００の鉛直軸の整準を自動的に行うことができる。
【００８５】
「第２実施例」
【００８６】
本第２実施例のレーザー装置２００００は、図８に示す様に、所定の方向に傾斜を設定することのできるレーザー装置本体１００２と、このレーザー装置本体１００２を水平に載置するための自動整準部２０００とから構成されている。レーザー装置本体１００２は、自動整準部２０００に対して連結されており、水平方向に回転自在に取り付けられている。
【００８７】
またレーザー装置本体１００２は、光源部１１００と、コリメータレンズ１２００と、第１の反射ミラー１３５１と第２の反射ミラー１３５２と第３の反射ミラー１３５３と、ミラー１３６０と、角倍率縮小部１４００と、回転照射部１５００と、傾斜センサ１６００と、第１の回転角検出部１７００と、第２の回転角検出部１８００とが備えられている。
【００８８】
第１の反射ミラー１３５１と第２の反射ミラー１３５２と第３の反射ミラー１３５３とは、第１実施例のイメージローテーター１３５０と等価なものである。
【００８９】
レーザー装置本体１００２が角度θ1 回転した場合には、第１の反射ミラー１３５１に入射するレーザー光も、角度θ1だけ傾くことになる。そして、第１の反射ミラー１３５１は、入射されたレーザー光が反射し、第２の反射ミラー１３５２で反射した後、第３の反射ミラー１３５３で反射された後、外部に射出する様になっている。
【００９０】
第１の反射ミラー１３５１と第２の反射ミラー１３５２と第３の反射ミラー１３５３を経て、出射されたレーザー光は、ミラー１３６０で９０度偏向され、角度２θ1 だけ傾くことになる。
【００９１】
そして、鉛直方向に配置された角倍率縮小部１４００に入射するレーザー光線は、第１実施例と同様に角度２θ1 傾いているが、角倍率縮小部１４００により、傾きが２θ1 ＊１／２に補正されて、ＸＺ平面内誤差θ1 は補正される。
【００９２】
第２実施例のその他の構成、効果、作用等は、第１実施例と同様であるから、説明を省略する。
【００９３】
「第３実施例」
【００９４】
本第３実施例のレーザー装置３００００は、図９に示す様に、所定の方向に傾斜を設定することのできるレーザー装置本体１００３と、このレーザー装置本体１００３を水平に載置するための自動整準部２０００とから構成されている。レーザー装置本体１００３は、自動整準部２０００に対して連結されており、水平方向に回転自在に取り付けられている。
【００９５】
またレーザー装置本体１００３は、光源部１１００と、コリメータレンズ１２００と、イメージローテーター１３５０と、ペンタミラー１３６５と、角倍率縮小部１４００と、回転照射部１５００と、傾斜センサ１６００と、第１の回転角検出部１７００と、第２の回転角検出部１８００とが備えられている。
【００９６】
イメージローテーター１３５０は、コリメータレンズ１２００を介して入射されたレーザー光を透過し、ペンタミラー１３６５に入射させるものである。このペンタミラー１３６５に入射されたレーザー光は、９０度偏向され、鉛直上方に反射される様になっている。
【００９７】
そして鉛直上方には、角倍率縮小部１４００が配置されている。本第２実施例の角倍率縮小部１４００は、ｆ1：ｆ2＝２：１となっており、ＸＺ平面内誤差 θ1を補正するものである。
【００９８】
レーザー装置本体１００３が角度θ1 回転した場合には、イメージローテーター１５３０に入射するレーザー光も、角度θ1だけ傾くことになる。そして、イメージローテーター１５３０は、入射されたレーザー光が屈折し、内部の壁面で１回反射した後、再び屈折した後、外部に射出する様になっている。このイメージローテーター１５３０の入射面と出射面とは、同一角度の傾斜面を有しているので、射出されたレーザー光は、入射角度θ1 とは反対の方向に角度２θ1 だけ傾くことになる。
【００９９】
イメージローテーター１５３０を出射したレーザー光は、ペンタプリズム１３６５で偏向され、Ｚ軸に対して角度２θ1 だけ傾くことになる。
【０１００】
ペンタプリズム１３６５は、ミラーと異なり、Ｚ軸に対して逆方向に角度２θ1傾けるため「オウレンズ」を使用した角倍率縮小部での補正となる。
【０１０１】
そして、鉛直方向に配置された角倍率縮小部１４００に入射するレーザー光線は、角度２θ1 回転傾いているが、角倍率縮小部１４００により、傾きが２θ1 ＊１／２に補正されて、ＸＺ平面内誤差θ1 は補正される。
【０１０２】
第３実施例のその他の構成、効果、作用等は、第１〜２実施例と同様であるから、説明を省略する。
【０１０３】
「第４実施例」
【０１０４】
本第４実施例のレーザー装置４００００は、図１０に示す様に、所定の方向に傾斜を設定することのできるレーザー装置本体１００４と、このレーザー装置本体１００４を水平に載置するための自動整準部２０００とから構成されている。レーザー装置本体１００４は、自動整準部２０００に対して連結されており、水平方向に回転自在に取り付けられている。
【０１０５】
またレーザー装置本体１００４は、他の実施例と異なり、軸の反対側に設けた光源部１１００と、コリメータレンズ１２００と、偏光ビームスピリッタ１３１０と、１／４波長板１３２０と、イメージローテーター１５３０と、ミラー１３２５と、角倍率縮小部１４００と、回転照射部１５００と、傾斜センサ１６００と、第１の回転角検出部１７００と、第２の回転角検出部１８００とが備えられている。
【０１０６】
偏光ビームスピリッタ１３１０は、コリメータレンズ１２００を介して入射されたレーザー光を透過し、１／４波長板１３２０を介して、イメージローテーター１５３０に入射される。そしてイメージローテーター１５３０から出射されたレーザー光は、ミラー１３２５で反射され、再び、イメージローテーター１５３０を通過した後、１／４波長板１３２０を介して、偏光ビームスピリッタ１３１０に入射される。
【０１０７】
偏光ビームスピリッタ１３１０に入射されたレーザー光は、９０度偏向され、鉛直上方に反射される様になっている。
【０１０８】
そして鉛直上方には、角倍率縮小部１４００が配置されている。本第４実施例の角倍率縮小部１４００は、ｆ1：ｆ2＝４：１となっており、ＸＺ平面内誤差 θ1を補正するものである。即ち、本第５実施例では、イメージローテーター１５３０を２回通過するため、４θ1となっている。
【０１０９】
なお本第４実施例では、ミラー１３２５とレーザー光源等が一体であるため、直角プリズム等を必要としない。
【０１１０】
【効果】
以上の様に構成された本発明は、鉛直軸周りに回動する托架部と、この托架部に支持され、水平軸周りに回動するレーザー投光部と、該レーザー投光部に設けられ、水平軸と平行な方向にレーザー光を照射させるための光源部と、前記レーザー投光部に設けられ、基準平面上にレーザー光を回動照射させるための回動照射部と、前記レーザー投光部に設けられ、前記レーザー光を直交する方向に偏向するための第１の偏向手段と、前記回動照射部に設けられ、前記第１の偏向手段からのレーザー光を直交する方向に偏向するための第２の偏向手段とからなり、前記第１の偏向手段は、ミラーから構成されており、このミラーと前記光源部との間に配置されたイメージローテーターを備えており、前記第１の偏向手段と前記第２の偏向手段との光路上に、角倍率縮小手段を設ける構成となっているので、球面で支持されるタイプの回転レーザー装置でも、高勾配の設定が可能であり、垂直軸及び水平軸上で支持されるタイプの回転レーザー装置でも、回転軸に多くの誤差が蓄積されることなく、コスト安で高精度のレーザー装置を提供できるという卓越した効果がある。
【０１１１】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例であるレーザー装置１０００を説明する図である。
【図２】傾斜センサ１６００を説明する図である。
【図３（ａ）】本実施例の電気的構成を説明する図である。
【図３（ｂ）】自動整準部２０００の電気系統を説明する図である。
【図４】傾斜設定装置の回転軸ガタについて説明する図である。
【図５】ＸＺ平面内誤差θ１を説明する図である。
【図６】ＸＹ平面内誤差θ２を説明する図である。
【図７】イメージローテーターを利用した補正の原理を説明する図である。
【図８】本発明の第２実施例であるレーザー装置１００２を説明する図である。
【図９】本発明の第３実施例であるレーザー装置１００３を説明する図である。
【図１０】本発明の第４実施例であるレーザー装置１００４を説明する図である。
【図１１】従来技術を説明する図である。
【図１２】従来技術を説明する図である。
【符号の説明】
１００００ 第１実施例のレーザー装置
２００００ 第２実施例のレーザー装置
３００００ 第３実施例のレーサー装置
４００００ 第４実施例のレーザー装置
１００１ 第１実施例のレーザー装置本体
１００２ 第２実施例のレーザー装置本体
１００３ 第３実施例のレーザー装置本体
１００４ 第４実施例のレーザー装置本体
１０１０ 托架部
１０２０ レーザー投光部
１１００ 光源部
１２００ 対物レンズ
１３００ レーザー光偏角部
１３１０ 偏光ビームスピリッタ
１３２０ １／４波長板
１３２５ ミラー
１３３０ 直角プリズム
１３５０ イメージローテーター
１３５１ 第１の反射ミラー
１３５２ 第２の反射ミラー
１３５３ 第３の反射ミラー
１３６０ ミラー
１３６５ ペンタミラー
１４００ 角倍率縮小部
１５００ 回転ヘッド
１５１０ ペンタプリズム
１６００ 傾斜センサ
１６１０ 第１の傾斜センサ
１６２０ 第２の傾斜センサ
１７００ 第１の回転角検出部
１７１０ ローター
１７２０ ステータ
１７３０ 第１の信号処理回路
１８００ 第２の回転角検出部
１８１０ ローター
１８２０ ステータ
１８３０ 第２の信号処理回路
２０００ 自動整準部
２１００ 整準台
２３００ 整準ネジ
４０００ 駆動手段
６０００ 制御手段
８１００ 托架部駆動手段
８１１０ 托架部駆動回路
８２００ レーザー投光部駆動手段
８２１０ レーザー投光部駆動回路
８３００ 回転照射部駆動手段
８３１０ 回転照射部駆動回路
８５００ 設定手段
Claims (6)
- 鉛直軸周りに回動する托架部と、この托架部に支持され、 水平軸周りに回動するレーザー投光部と、該レーザー投光部に設けられ、水平軸と平行な方向にレーザー光を照射させるための光源部と、前記レーザー投光部に設けられ、基準平面上にレーザー光を回動照射させるための回動照射部と、前記レーザー投光部に設けられ、前記レーザー光を直交する方向に偏向するための第１の偏向手段と、前記回動照射部に設けられ、前記第１の偏向手段からのレーザー光を直交する方向に偏向するための第２の偏向手段とからなり、前記第１の偏向手段は、ミラーから構成されており、このミラーと前記光源部との間に配置されたイメージローテーターを備えており、前記第１の偏向手段と前記第２の偏向手段との光路上に、角倍率縮小手段を設けたレーザー装置。
- 鉛直軸周りに回動する托架部と、この托架部に支持され、 水平軸周りに回動するレーザー投光部と、該レーザー投光部に設けられ、水平軸と平行な方向にレーザー光を照射させるための光源部と、前記レーザー投光部に設けられ、基準平面上にレーザー光を回動照射させるための回動照射部と、前記レーザー投光部に設けられ、前記レーザー光を直交する方向に偏向するための第１の偏向手段と、前記回動照射部に設けられ、前記第１の偏向手段からのレーザー光を直交する方向に偏向するための第２の偏向手段とからなり、前記第１の偏向手段は、ペンタミラーから構成されており、このペンタミラーと前記光源部との間に配置されたイメージローテーターを備えており、前記第１の偏向手段と前記第２の偏向手段との光路上に、角倍率縮小手段を設けたレーザー装置。
- イメージローテーターに代えて、第１の反射ミラーと第２の反射ミラーと第３の反射ミラーとを使用する請求項１又は２記載のレーザー装置。
- 鉛直軸周りに回動する托架部と、この托架部に設けられ、水平軸と平行な方向にレーザー光を照射させるための光源部と、前記托架部に支持され、水平軸周りに回動するレーザー投光部と、このレーザー投光部に設けられ基準平面上にレーザー光を回動照射させるための回動照射部と、前記レーザー投光部に設けられ、前記レーザー光を直交する方向に偏向するための第１の偏向手段と、前記回動照射部に設けられ、前記第１の偏向手段からのレーザー光を直交する方向に偏向するための第２の偏向手段とからなり、前記第１の偏向手段は、偏光ビームスプリッタから構成されており、この偏光ビームスプリッタを透過したレーザー光を反射するためのミラーと、このミラーと前記偏光ビームスプリッタとの間に配置された、１／４波長板とイメージローテーターとを備えており、前記第１の偏向手段と前記第２の偏向手段との光路上に、角倍率縮小手段を設けたレーザー装置。
- 托架部には、垂直軸周りの回動を検出するための第１の回転角検出部が設けられ、前記レーザー投光部には、水平軸周りの回動を検出するための第２の回転角検出部が設けられている請求項１〜４記載の何れか１つであるレーザー装置。
- 傾斜設定のデータと、前記第１の回転角検出部と、前記第２の回転角検出部との角度検出に基づいて、所定方向の傾斜面にレーザー光を照射する請求項１〜５記載の何れか１つであるレーザー装置。
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