CN101922931A - 旋转式激光出射装置 - Google Patents

Abstract

一种旋转式激光出射装置，其能够防止从设置在包围旋转轴的环状旋转体的激光出射部射出的激光的出射方向相对旋转轴发生变动。一种旋转式激光出射装置(10)，其中，激光出射部(41)收容到在旋转轴(Ra)周围能够旋转地被支承的旋转体(12)中。激光出射部包括：能够射出激光的激光光源(50)、和使从此处射出的激光在平行于基准平面(Bp)的出射光轴(Al)上射出的出射光学系统。在基台(11)上设置有基准反射部(35)，其构成平行于基准平面(Bp)的基准反射面(36)。出射光学系统使从激光光源射出的激光向基准反射面射出，并且使被基准反射面反射的激光向相对出射光轴(Al)倾斜的方向射出，以抵消相对旋转体的旋转轴(Ra)的倾斜。

Description

旋转式激光出射装置

技术领域

本发明涉及使激光在水平面一边旋转一边照射的旋转式激光出射装置。

背景技术

例如，在伴随土木施工等的测量中，一般认为通过在已知的地点设置使激光在水平面一边旋转一边照射的旋转式激光出射装置(以下记载为激光出射装置)，并由受光装置接收从该激光出射装置射出的激光，来测定与在该受光位置上的旋转轴正交的平面的倾斜角及高度。这样的旋转式激光出射装置基本构成为，在基台上能够旋转地设置激光出射部，并使激光向相对旋转轴正交的方向射出。为了提高倾斜角及高度的测量精度，旋转式激光出射装置一般追求极力抑制激光出射角度相对旋转轴的变动。

作为这样的旋转式激光出射装置构成为：设置有相对基台在旋转轴周围能够旋转的旋转体，在旋转轴上重叠的多个五棱镜被收容到该旋转体内，在基台上设置有在沿光轴的方向上能够使激光向该五棱镜射出的激光光源(例如，参照专利文献1)。在该旋转式激光出射装置中，通过旋转体相对基台的旋转，使收容到旋转体内的各五棱镜旋转，通过使从激光光源射出的激光经过旋转的各五棱镜后射出，能够变更激光的照射方向。在该旋转式激光出射装置中，因为在旋转体内使各五棱镜重叠在旋转轴上，从而能够稳定地使该各五棱镜(旋转体)旋转，所以能够极力抑制由旋转振动等形成的激光照射方向的变动。

然而，在该旋转式激光出射装置中，当在五棱镜的上方(即，旋转体的上方)设置其他测量装置(例如，GPS用接收装置等)的情况下，如果使旋转体旋转，则该测量装置也会随着旋转体一起旋转。因此，一般构成为，在旋转体的外侧设置固定筒，在该固定筒的内侧使旋转体旋转，并且在该固定筒的上部设置其他测量装置的设置位置。在这种情况下，由于在该固定筒中需要在旋转体的外侧设置在上下方向上连续的部位，因此在旋转体的旋转方向的局部会遮挡激光的射出，从便利性的观点来说，并不优选这种结构。

因此，代替这种设置固定筒的结构，考虑采以下结构。即，在基台设置沿激光出射部的旋转轴延伸出(与旋转轴同轴)的支承轴部，并且在旋转体设置允许支承轴部插通的贯穿孔，在该支承轴部的上方设置其他的测量装置的设置部。

现有技术文献

专利文献

〔专利文献1〕日本特开2006-71545号公报

发明所要解决的课题

然而，在上述结构中，成为激光出射部配置在旋转轴(即，支承轴部)的周围，该旋转体的重心偏离旋转轴。因此，存在以下可能性。即，相对该旋转体的旋转轴的姿态发生变动，激光的照射方向发生变动，并且倾斜角及高度的测量精度会降低。

发明内容

本发明目的在于提供一种旋转式激光出射装置，其能够防止从设置在包围旋转轴的环状旋转体的激光出射部射出的激光的出射方向相对旋转轴发生变动，并且使激光在水平面上一边旋转一边照射。

用于解决课题的手段

本发明的一实施例的旋转式激光出射装置，其包括：旋转体，其在设置于基台的旋转轴周围能够旋转地被支承；激光出射部，其用于沿与所述旋转轴正交的基准平面射出激光且被收容于所述旋转体，其特征在于，在所述基台上，设置有基准反射部，其构成平行于所述基准平面的基准反射面，所述激光出射部包括：激光光源，其能够射出所述激光；出射光学系统，其使从该激光光源射出的所述激光向平行于所述基准平面的出射方向射出，在所述旋转体相对所述旋转轴倾斜并且所述激光的出射方向相对所述基准平面倾斜的情况下，所述出射光学系统使从所述激光光源射出的所述激光向所述基准反射面射出，并且使被该基准反射面反射的所述激光向相对所述激光的出射光轴倾斜的方向射出，以抵消所述激光的所述出射方向的所述倾斜。

优选的是，在旋转式激光出射装置中，其特征在于，所述出射光学系统包括：反射光学部，其使从所述激光光源射出的所述激光向所述基准反射面射出，并且使被该基准反射面反射的该激光向所述激光的出射光轴方向反射；抵消光学部，其使被所述基准反射面反射的所述激光向相对所述激光的出射光轴倾斜的方向射出，以抵消所述激光的所述出射方向的所述倾斜。

优选的是，在旋转式激光出射装置中，其特征在于，所述抵消光学部包括：光束扩展光学系统，其将入射的光束作为平行光束射出；平行光学部件，其使入射到该光束扩展光学系统的所述激光成为平行光束。

优选的是，在旋转式激光出射装置中，其特征在于，所述光束扩展光学系统设置在被所述基准反射面反射后的所述激光行进的光路上，根据在从所述激光光源射出的所述激光行进的光路上的所述平行光学部件的设定位置和在所述基准反射面上的反射次数，来设定角倍率。

优选的是，在旋转式激光出射装置中，其特征在于，所述基准反射部呈现为以所述旋转轴为中心的环状。

优选的是，在旋转式激光出射装置中，其特征在于，在所述激光出射部上设置有柱面透镜，该柱面透镜使经过所述出射光学系统的所述激光形成随着远离所述旋转轴扩展的扇形，所述激光出射部经由柱面透镜射出至少两束扇形的所述激光，并使两束该扇形的所述激光的正交剖面上的长度方向朝向互不相同的方向。

优选的是，在旋转式激光出射装置中，其特征在于，在所述激光出射部上设置有分割光学部件，其用于将经过所述出射光学系统的所述激光分割为多束。

优选的是，在旋转式激光出射装置中，其特征在于，所述分割光学部件为沿与所述旋转轴垂直的面并列且相互抵接的多个棱镜部件。

优选的是，在旋转式激光出射装置中，其特征在于，经由所述柱面透镜射出的多束扇形的所述激光的各光轴设置为在所述旋转轴上的同一部位交叉。

本发明的另外的实施例的旋转式激光出射装置，其包括：基台，其具有旋转轴及沿旋转轴延伸的并与旋转轴同轴的支承轴部；旋转体，其在旋转轴周围能够旋转地被支承；激光出射部，其用于沿与所述旋转轴正交的基准平面射出激光且被收容于所述旋转体，其特征在于，在所述基台上，设置有基准反射部，该基准反射部构成平行于所述基准平面的基准反射面，所述激光出射部包括：激光光源，其能够射出所述激光；出射光学系统，其将从该激光光源射出的所述激光向平行于所述基准平面的出射方向射出，在所述旋转体相对所述旋转轴倾斜并且所述激光的出射方向相对所述基准平面倾斜的情况下，所述出射光学系统使从所述激光光源射出的激光向所述基准平面射出，并且使被该基准反射面反射的所述激光向相对所述激光的出射光轴倾斜的方向射出，以抵消所述激光的所述出射方向的所述倾斜。

发明效果

在本发明的旋转式激光出射装置中，即使是在旋转体的旋转姿态相对旋转轴倾斜的情况下，也可以使从激光出射部射出的激光的出射方向总是平行于基准平面。在旋转体的旋转姿态相对旋转轴倾斜规定的角度θ的情况下，在包含旋转轴的垂直面上，激光的出射部的出射光轴也相对基准平面仅倾斜角度θ，但是被基准反射部反射后，通过经由出射光学系统，成为激光光源的行进方向相对出射光轴成为仅倾斜角度-θ，从而成为与基准平面平行。

在上述结构的基础上，通过使出射光学系统包括：反射光学部，其使从激光光源射出的激光向基准反射面射出，并且使通过该基准反射面反射的该激光向激光的出射光轴方向反射；抵消光学部，其使通过基准反射面反射的激光向相对激光的出射光轴倾斜的方向射出，以抵消激光出射方向的倾斜，即使是在旋转体的旋转姿态相对旋转轴倾斜的情况下，通过反射光学部与抵消光学部的协同作用，可以使从激光出射部射出的激光的出射方向总是平行于基准平面。

在上述结构的基础上，使抵消光学部简易地构成为具有将入射光束作为平行光束射出的光束扩展光学系统与使入射到该光束扩展光学系统的激光成为平行光束的平行光学部件。

在上述结构的基础上，将光束扩展光学系统设置在被基准反射面反射后的激光行进光路上，根据位于从激光光源射出的激光行进的光路上的平行光学部件的设定位置与在基准反射面上的反射次数，来设定角倍率，由此，来适当设定具有光束扩展光学系统及平行光学部件的抵消光学部和反射光学部，以使其相互适合。因此，出射光学系统的设定的自由度变高，并且能够使从激光出射部射出的激光的出射方向总是平行于基准平面。

在上述结构的基础上，通过将基准反射部形成为以支承轴部为中心的环状，基准反射部部件可以简易地构成，并且不会限制于相对基台的旋转体的旋转位置，能够使被光轴上反射部反射的激光切实向该光轴上反射部反射。

在上述结构的基础上，在激光出射部设置将经过出射光学系统的激光形成为随着远离旋转轴而扩展的扇形的柱面透镜，激光出射部经由柱面透镜射出至少两束扇形的所述激光，并使两束该扇形的激光的正交剖面上的长度方向朝向互不相同的方向，由此，通过在垂直面上平行于基准平面的行进方向的激光至少形成两束适合测量倾斜角与高度的扇形光束。

在上述结构的基础上，在激光出射部上设置有分割光学部件，该分割光学部件用于将经过所述出射光学系统的所述激光分割为多束，由此，即使是在旋转体的旋转姿态相对旋转轴倾斜的情况下，可以使出射方向总是平行于基准平面的多束激光射出。

在上述结构的基础上，分割光学部件为沿与所述旋转轴垂直的面并列且相互抵接的多个棱镜部件，由此，可以抑制旋转轴方向上的大小尺寸，并且使多束激光射出。

在上述结构的基础上，经过柱面透镜射出的多束扇形的激光的各光轴设定为在所述旋转轴上的同一部位交叉，由此，能够由受光装置接收多束扇形激光，并且简单地进行用于测定相对于与该受光位置上的旋转轴正交的平面的倾斜角及高度的计算。

另外，旋转式激光出射装置构成为，其包括：基台，其具有旋转轴及沿旋转轴延伸的并与旋转轴同轴的支承轴部；旋转体，其在设置于基台的旋转轴周围能够旋转地被支承；激光出射部，其用于沿与旋转轴正交的基准平面射出激光且被收容于旋转体，在基台上设置有基准反射部，该基准反射部构成平行于基准平面的基准反射面，激光出射部包括：激光光源，其能够射出激光；出射光学系统，其使从该激光光源射出的激光向平行于基准平面的出射方向射出，在旋转体相对旋转轴倾斜并且激光的出射方向相对所述基准平面倾斜的情况下，出射光学系统使从激光光源射出的激光向所述基准平面射出，并且使被该基准反射面反射的激光向相对所述激光的出射光轴倾斜的方向射出，以抵消所述激光的所述出射方向的所述倾斜，由此，即使是在旋转体的旋转姿态相对旋转轴倾斜的情况下，可以使从激光出射部射出的激光的出射方向总是平行于基准平面。

图说明

图1是涉及本发明的旋转式激光出射装置的概略结构图。

图2是收容于旋转体的收容部的激光射出部的结构图。

图3是从旋转轴的上方看图2所示的激光射出部的俯视图。

图4是激光射出部的光束扩展光学系统的说明图。

图5A是使用旋转式激光出射装置的测量原理的说明图，表示旋转式激光出射装置的设置高与受光器的设置高相等的状态。

图5B表示处于图5A状态的受光器形成的受光状态。

图5C表示受光器的设置高度比旋转式激光出射装置的设置高度高的状态。表示受光器65的设置高度比激光出射装置10的设置高度高的状态。

图5D表示处于图5C状态的受光器形成的受光状态。

图6是旋转式激光出射装置的激光照射部的作用的说明图，表示基准状态。

图7是旋转式激光出射装置的激光照射部的作用的说明图，图7A表示出射光轴倾斜角度θ的状态，图7B表示为了容易理解其作用而假定通过假想光路P3”及实际光路P3’的光束朝向同一部位的状态。

图8是旋转式激光出射装置的激光照射部的作用的说明图，图8A表示出射光轴倾斜角度-θ的状态，图8B表示为了容易理解作用而假定通过假想光路P3”及实际光路P3’的光束朝向同一部位的状态。

图9是表示在激光出射部中出射光轴倾斜角度θ的状态的图。

图10是实施例2的旋转式激光出射装置的激光出射部的结构图。

图11是表示在实施例2的激光出射部出射光轴倾斜角度θ的状态的图。

图12是实施例3的旋转式激光出射装置的激光出射部的结构图。

图13是实施例3的激光出射部的作用的说明图，图13A表示出射光轴倾斜角度θ的状态，图13B表示为了容易理解作用而假定通过假想光路P3”及实际光路P3’的光束朝向同一部位的状态。

图14是表示在实施例3的激光出射部出射光轴倾斜角度θ的状态的图。

图15是实施例4的旋转式激光出射装置的激光出射部的结构图。

图16是为了说明激光出射部的作用的基本原理而模式性地表示从LD到准直透镜的光路的说明图。

图17是表示在实施例4的激光出射部出射光轴倾斜角度θ的状态的图。

图18是实施例5的旋转式激光出射装置的激光出射部的结构图。

图19是表示在实施例5的激光出射部出射光轴倾斜角度θ的状态的图。

图20是实施例6的旋转式激光出射装置的激光出射部的结构图。

图21是实施例7的旋转式激光出射装置的激光出射部的结构图。

图22是为了说明激光出射部的作用的基本原理而模式性地表示从假想光源到透镜的光路的说明图。

图23是涉及本发明的旋转式激光出射装置的其他例的概略结构图。

具体实施方式

下面参照图说明涉及本发明的旋转式激光出射装置的实施方式。

图1是表示作为涉及本发明的一实施例的旋转式激光出射装置10的概略结构图。图2是模式性地表示收容于旋转体12的收容部42的激光射出部41的结构的图。图3是从旋转轴Ra的上方看图2所示的激光射出部41的俯视图。图4是激光射出部41的光束扩展光学系统53的作用说明图。在以下的说明及图中，为便于理解，以旋转轴Ra为Z轴，以与Z轴正交的平面为X-Y平面。

如图1所示，旋转式激光出射装置10构成为，旋转体12相对基台11能够旋转地的被支承。该旋转式激光出射装置10在测量时设置在已知点，在水平面一边以一定的速度旋转一边照射测量用激光光线Lm。

基台11是成为将旋转式激光出射装置10设置到已知点的时候的基准的部位，并且构成为在基座13上方设置有罩14。省略图示的基座部13是设置有用于旋转式激光出射装置10的设置的脚部的部位，整体呈现为板状，在中央设置有定位用的照射孔15。该基座部13通过螺栓16(图1中仅图示出两个)来支承罩14，其中所述螺栓16设置在以等间隔包围照射孔15的三个部位。在该三个螺栓16中，一个固定于罩14，且剩下的两个向罩14的螺合量设置为可变，从而能够调整罩14的高度及倾斜度。

该罩14包括：螺合有各螺栓16的呈现为圆板状的底壁部17、与该底壁部17一起形成外形的呈现为圆筒状的外壁部18和在该外壁部18的内侧设置于底壁部17上的呈现为圆筒状的内筒部19。

在罩14中收容有具有作为控制部的功能的主基板20。该主基板20电连接电驱动的各部，其控制部统一控制各部的动作。

在罩14中，与底壁部17相关联而设置有定位照射机构21与水平调整机构22。该定位照射机构21与水平调整机构22在上述控制部(20)的控制下根据省略图示的操作部做出的操作进行动作。

定位用激光照射机构21设置于底壁部17的中央，并从照射光源23射出激光。该激光经过设置在底壁部17上的贯穿孔24及准直透镜25，通过基座部13的照射孔15，在旋转式激光出射装置10的设置面形成成为设置位置的基准的照射光斑(未图示)。该定位用激光照射机构21的照射光轴与罩14即基台11的中心轴、及后述的旋转轴Ra相一致。通过使用由该定位用激光照射机构21所形成的照射光斑(未图示)，设置激光出射装置10变得容易。

水平调整机构22用于调整底壁部17、即罩14相对基座部13的倾斜，通过螺合量可变的两个螺栓16(一方未图示)来进行这种调整。在该水平调整机构22中，水平调整马达27经由齿轮26与螺栓16螺合。通过驱动该水平调整马达27使螺栓16旋转，可以调节该螺栓16向底壁部17的螺合量。并且，通过适当调节两个螺栓16(一方未图示)的螺合量，可以调整底壁部17即罩14相对基座部13的倾斜。

在罩14的外壁部18上设置有平板显示器28和电池收容部29。平板显示器28用于显示旋转式激光出射装置10上的各种信息，在上述控制部的控制下来进行动作。电池收容部29为收容在旋转式激光出射装置10中的用于电力供给的电池30的空间，并通过开闭自如的盖板31来遮蔽。

在罩14的内筒部19上设置有一对倾斜传感器32。该两倾斜传感器32用于检测内筒部19相对水平面的倾斜，一方检测X轴周围的倾斜，另一方检测Y轴周围的倾斜。

如前所述，该内筒部19整体呈现为筒状。在内筒部19的上部包括：上壁部分33，其限定与内筒部19的中心轴(与后述的旋转轴Ra相一致)正交的基准平面Bp(参照图2等)；支承轴部34，其从其中央沿中心轴(旋转轴Ra)延伸的筒状(相当于发明内容中的支承轴部)。在由一对倾斜传感器32检测的内筒部19的倾斜为0的情况下，表示上壁部分33限定的基准平面Bp与水平面平行的状态。

在该基准平面Bp上设置有环状反射镜35。该环状反射镜35呈现为以一定的间隔包围支承轴部34(后述的旋转轴Ra)的环状(参照图3)，形成与基准平面Bp平行的环状的反射面36(为基准反射面，以下称之为环状反射面36)。当后述的旋转体12在旋转轴Ra周围旋转的时候，该环状反射镜35在基准平面Bp上形成作为基准反射面的环状反射面36，以使其符合被收容在旋转体12的收容部42的激光出射部41的光轴上反射部52在X-Y平面上描绘出的环状轨道。因此，环状反射镜35具有作为构成基准反射面的基准反射部的功能。因此，当旋转体12在旋转轴Ra周围旋转时，环状反射面36与旋转位置无关地总是位于在激光出射部41的光轴上反射部52的下方(图2的Z轴的负方向)。

对该支承轴部34来说，上端作为设置部37，在实施例1中，设置有无线单元38，而且在该无线单元38的上端设置有用于安装GPS接收终端(未图示)的适配器39。

在该内筒部19中，旋转体12能够旋转地被支承。旋转体12具有支承于内筒部19的基部40与收容激光出射部41的收容部42。

基部40呈现为适合内筒部19的上部形状的筒状，该基部40通过内筒部19并且经由轴承部件43能够旋转地被支承于内筒部19的支轴周围。因此，内筒部19的支轴成为基部40即旋转体12的旋转轴Ra。

在该基部40与内筒部19之间设置有：直接驱动马达(以下称之为DD马达)44、编码器45、电力传输机构46和数据传输机构47。通过驱动该DD马达44，使基部40相对内筒部19旋转。编码器45被设置用于检测基部40的旋转速度及旋转量。即使在基部40旋转的情况下，在基部40与内筒部19之间，通过电力传输机构46来进行电力的供给，且通过数据传输机构47来使数据的传输成为可能。在该基部40的上端固定有收容部42。

收容部42呈现为中空的圆柱形。在收容部42的上壁部42a及下壁部42b的中央部分，设置有与支轴同轴的贯穿孔42c。在基部40能够旋转地被支承于内筒部19的状态下，在贯穿孔42c中插通内筒部19的支承轴部34，该支承轴部34的上端(设置部37)从上壁部42a突出。因此，即使收容部42与基部40一起相对内筒部19倾斜，设置部37不会与收容部42、即旋转体12一起旋转，安装于设置部37上的其他测量装置(在该例中为无线单元38)在收容部42(即收容于此的激光出射部41)的上方被稳定地支承。另外，在收容部42的下壁部42b上，在后述的光轴上反射部52的下方位置设置有反射用贯穿孔48。如后述所示，该反射用贯穿孔48为用于形成激光出射部41的出射光轴Al上的激光被光轴上反射部52反射、然后被环状反射镜35的环状反射面36反射、再被光轴上反射部52反射、然后返回至出射光轴Al上的光路(参照图6的光路P2及P3)的贯穿孔。

激光出射部41能够从设置于收容部42的侧壁部42d上的照射开口49照射激光。因此，在旋转式激光出射装置10中，通过旋转体12相对内筒部19旋转，能够向旋转轴Ra周围的全部方向照射激光(测量用激光光线Lm)。

如图2及图3所示，激光出射部41具有半导体激光二极管(以下称之为LD)50、准直透镜51、光轴上反射部52、光束扩散光学系统53和光束成形光学系统54。在旋转体12的支轴与旋转轴Ra相一致的状态下，该激光出射部41的出射光轴Al被设定为与由内筒部19的上壁部分33限定的基准平面Bp平行。

LD50与具有作为激光出射部41的驱动控制部功能的驱动控制基板55(参照图1)电连接。通过该驱动控制部的控制进行驱动来使激光射出到出射光轴Al上(激光光源)。在该出射光轴Al上，配置有准直透镜51、光轴上反射部52、光束扩展光学系统53和光束成形光学系统54。

从该LD50射出的激光到达准直透镜51。准直透镜51为使来自LD50的激光成为平行光束的透镜。经过准直透镜51而成为平行光束的激光到达光轴上反射部52。

光轴上反射部52具有邻接LD50的第一反射面56、邻接光束扩展光学系统53的第二反射面57。第一反射面56为：使经过准直透镜51而成为平行光束的激光、经由收容部42的反射用贯穿孔48(参照图1)向设置于内筒部19的基准平面Bp的环状反射镜35的环状反射面36反射的透镜。另外，第二反射面57为：在由第一反射面56反射后、使被环状反射镜35的环状反射面36反射且通过收容部42的反射用贯穿孔48(参照图1)的激光、向该光束扩展光学系统53反射、以使其在出射光轴Al上朝向光束扩展光学系统53。这里，在实施例1中，使出射光轴Al与基准平面Bp平行，使环状反射镜35的环状反射面36与基准平面Bp平行，由此，将第一反射面56相对出射光轴Al的倾斜角度与第二反射面57相对出射光轴Al的倾斜角度设定为绝对值相等。

在实施例1中，该光轴上反射部52由垂直方向的剖面形状为等腰三角形的三棱柱状的部件构成，其配置为剖面等腰三角形的顶角与基准平面Bp相对，并且等腰三角形的底边与基准平面Bp平行且在与出射光轴Al相一致的方向上延伸。即，第一反射面56与第二反射面57为在剖面等腰三角形中成为相等的两条边的面。

如上所述，被该第二反射面57反射的激光在出射光轴Al上朝向光束扩展光学系统53。该光束扩展光学系统53由两个透镜53a、53b构成，如图4所示，如果平行光束入射，则作为扩展其光束直径的平行光束射出。另外，在实施例1中，光束扩展光学系统53中，透镜53a(透镜53b一侧)的焦距fa与透镜53b(透镜53a一侧)的焦距fb的比设定为1∶2，角倍率设定为1/2。因此，在光束扩展光学系统53中，使相对光轴(使与出射光轴Al相一致)以角度2α(图4的逆时针转动为正)向透镜53a入射的光束，相对光轴以角度-α从透镜53b射出。该光束扩展光学系统53上的入射角度与出射角度的关系仅在入射角度小的范围内成立，但是适合经反射而入射到光束扩展光学系统53的所有激光。

经过光束扩展光学系统53的激光到达光束成形光学系统54。该光束成形光学系统54将入射的激光分割为三束，并且将分割的各激光形成为扇形光束并射出。如图3所示，该光束成形光学系统54具有用于三分割的三个棱镜部件58a、58b、58c和用于形成扇形光束的三个柱面透镜59a、59b、59c。棱镜部件58a、58b、58c构成为以与基准平面Bp平行的状态并列接合，且各柱面透镜59a、59b、59c接合于各棱镜部件58a、58b、58c。

详细而言，根据光束成形光学系统54，通过棱镜部件58b形成位于出射光轴Al上的入射端面60。另外，通过位于出射光轴Al上的棱镜部件58a形成第一出射端面61a。通过该棱镜部件58a与棱镜部件58b的接合面来形成分束器62a。另外，在通过分束器62a使出射光轴Al上的光束反射的方向上，通过棱镜部件58b与棱镜部件58c的接合面来形成分束器62b。在通过分束器62b反射的方向上，通过棱镜部件58b来形成第二出射端面61b。而且，在通过分束器62a反射后透过分束器62b的光束行进的方向上，通过棱镜部件58c来形成棱镜反射面63。在通过该棱镜反射面63反射的方向上，通过棱镜部件58c来形成第三出射端面61c。

在该出射端面61a、61b、61c上，分别设置有柱面透镜59a、59b、59c。该柱面透镜59a、59b、59c将从出射端面61a、61b、61c射出的平行光束形成为随着远离旋转轴Ra扩展的呈现为扇面形状的光束，也就是所谓的扇形光束。

因此，在光束成形光学系统54中，激光如果通过出射光轴Al入射到入射端面60，则在棱镜部件58b内行进到达分束器62a，并被分割为两束。透过该分束器62a的一方的激光在棱镜部件58a内行进，经过出射端面61a到达柱面透镜59a。被分束器62a反射的另一方的激光在棱镜部件58b内行进到达分束器62b，然后再分割为两束。通过该分束器62b反射的一方的激光在棱镜部件58b内行进，经过出射端面61b到达柱面透镜59b。透过分束器62b的另一方的激光在棱镜部件58c内行进到达棱镜反射面63，在此被反射并经过出射端面61c，到达柱面透镜59c。

在该光束成形光学系统54中，从柱面透镜59a射出的扇形光束成为沿着旋转轴Ra的照射光线Sa。另外，从柱面透镜59c射出的扇形光束成为沿着大致旋转轴Ra且在水平面与照射光线Sa形成规定的角度的照射光线Sc。另外，从柱面透镜59b射出的扇形光束成为在照射光线Sa与照射光线Sc之间跨架一方的上端与另一方的下端的方式倾斜延伸的照射光线Sb(参照图5)。通过该照射光线Sa、照射光线Sb及照射光线Sc来形成边旋转边照射的测量用激光光线Lm。在实施例1中，光束成形光学系统54设定为，表示照射光线Sa的行进方向的线(主光线：参照符号Cra)、表示照射光线Sb的行进方向的线(主光线：参照符号Crb)与表示照射光线Sc的行进方向的线(主光线：参照符号Crc)在旋转轴Ra上的同一部位交叉。

这样，激光射出部41能够从设置于旋转体12的收容部42的侧壁面42d上的照射开口49照射激光(测量用激光光线Lm)。因此，在旋转式激光出射装置10中，通过一边使旋转体12相对内筒部19旋转，一边从激光射出部41射出激光(测量用激光光线Lm)，从而能够在旋转轴Ra周围全方向上照射沿着基准平面Bp的测量用激光光线Lm。

其次，利用图5A～5D来说明使用该旋转式激光出射装置10的测量。图5A表示旋转式激光出射装置10的设置高度与受光器65的设置高度相等的状态。图5B表示处于图5A状态的受光器65形成的受光状态。图5C表示受光器65的设置高度比旋转式激光出射装置10的设置高度高的状态。图5D表示处于图5C状态的受光器65形成的受光状态。

在测量的时候，旋转式激光出射装置10设置于已知点，在要测量的部位设置受光器65。该受光器65设置为能够输出检测到的受光信号，例如能够由具有±10度的指向性的非球面透镜与Si光电二极管构成。在该测量中，通过正确设定从受光器65输出的受光信号的时间间隔，能够测量以旋转式激光出射装置10为基准的测量部位的位置。

例如，如图5A所示，当受光器65的受光部65a的中心位置与旋转式激光出射装置10的出射位置(出射光轴Al)完全一致的情况下，在高度方向(Z轴方向)，利用受光器65，接收在测量用激光光线Lm的中心位置C上的照射光线Sa、照射光线Sb及照射光线Sc。在该情况下，如图5B所示，根据照射光线Sa、照射光线Sb及照射光线Sc的输出信号以相等的时间间隔从受光器65输出。

另一方面，如图5C所示，当受光器65的受光部65a的中心位置相对旋转式激光出射装置10的出射位置(出射光轴Al)位于测量用激光光线Lm的出射角度θv的上方的情况下，利用受光器65，接收在测量用激光光线Lm的中心位置C上方角度θv上的照射光线Sa、照射光线Sb及照射光线Sc。在该情况下，如图5D所示，根据照射光线Sa、照射光线Sb及照射光线Sc的输出信号以对应上方位置C1上的照射光线的间隔的时间差从受光器65输出。

由此，通过正确测量从受光器65输出的受光信号的时间间隔，能够正确计算在受光器65的设置部位相对旋转式激光出射装置10所设置的已知点的高低角。因此，通过求得已知点与设置部位的距离与方向，能够正确测量测量部位。

这里，在具有这种结构的旋转式激光出射装置10中，存在以下可能性，即，如果使旋转体12相对内筒部19旋转，则旋转体12的旋转中心可能偏离旋转轴Ra，即旋转体12的旋转姿态相对旋转轴Ra可能发生变动。在旋转体12中，因为在偏离旋转轴Ra的位置上设置有激光出射部41，重心伴随旋转发生移动，所以即使提高内筒部19的旋转体12的支承刚性，也很难完全消除旋转体12的旋转姿态相对旋转轴Ra(内筒部19)发生变动。因为在旋转体12的旋转姿态发生这样的变动的情况下，如果测量用激光光线Lm的出射方向也一起倾斜，如上所述测量用激光光线Lm上的高度位置的差异被用于测量，所以不能进行正确的测量。

然而，在涉及本发明的旋转式激光出射装置10中，即使是在旋转体12的旋转姿态相对旋转轴Ra发生这样的变动的情况，也能够使测量用激光光线Lm总是平行于基准平面Bp。以下，利用图6～图9来对其进行说明。图6～图8为旋转式激光出射装置10的激光出射部41的作用的说明图，图6表示基准状态，图7表示出射光轴Al仅倾斜角度+θ的状态，图8表示出射光轴Al仅倾斜角度-θ的状态。图9是与表示出射光轴仅倾斜角度+θ的状态的图2相同的说明图。此外，在图6～图8中，为便于理解，强调表示出射光轴Al的倾斜角度、光轴上反射部52的大小尺寸等，并非符合实际的激光出射部41。另外，在图6～图8中，为便于理解，利用激光的中心位置上的各光路P表示从LD50射出的出射光轴Al上的激光行进的样态。而且，在图7及图8中，利用符号Al’分别表示仅倾斜角度+θ及-θ的出射光轴。

因为激光出射部41具有以上结构，所以在旋转体12的旋转姿态相对旋转轴Ra没有变动的状态(以下，称之为基准状态)下，如图6所示，出射光轴Al成为与由内筒部19的上壁部分33(参照图1)所限定的基准平面Bp平行。此时，从LD50射出的激光在出射光轴Al上朝向光轴上反射部52的第一反射面56。以此为光路P1。

其后，激光被该第一反射面56反射，并朝向环状反射镜35的环状反射面36。以此为光路P2，以该光路P2与出射光轴Al形成的角度为β。

其后，激光被环状反射面36反射，并朝向光轴上反射部52的第二反射面57。以此为光路P3。在该基准状态下，由于基准平面Bp与出射光轴Al平行，并且因为出射光轴Al与环状反射面36也平行，所以以光路P3与环状反射面36、即基准平面Bp形成的角度为β。

其后，激光被第二反射面57反射然后返回出射光轴Al，并在出射光轴Al上朝向光束扩展光学系统53(参照图2及图3)。以此为光路P4。以下，将该光路P1～P4称之为基准光路(旋转体12的旋转姿态相对旋转轴Ra没有变动的状态的光路)。

其次，旋转体12的旋转姿态相对旋转轴Ra发生变动，如图7所示，对激光的出射方向朝向相对基准状态下的激光的出射方向朝向上(仰角)一侧倾斜角度θ的状态(旋转体12的旋转姿态相对旋转轴Ra倾斜角度θ的状态)进行说明。当旋转体12的旋转姿态相对旋转轴Ra发生变动的情况下，在由内筒部19的上壁部分33所限定的基准平面Bp没有发生特别变化，但是收容到旋转体12中的激光出射部41的出射光轴Al相对基准平面Bp倾斜角度θ。以下，将处于该倾斜状态下的实际的各光路作为P1’～P4’，使基准光路保持倾斜角度θ不变来表示的各假想光路作为P1”～P4”来表示。实际的光路P1’相对基准光路P1倾斜角度θ，通过第一反射面56反射后的实际的光路P2’相对基准光路P2也倾斜角度θ。此外，假想光路P1”、P2”与实际的光路P’、P2’相一致。

这里，环状反射面36与基准状态同样平行于基准平面Bp，与倾斜的出射光轴Al’形成角度θ。因此，被环状反射面36反射后的实际的光路P3’相对基准光路P3倾斜角度θ，相对使基准光路P3倾斜角度θ来表示的假想光路P3”倾斜角度2θ。

这里，图7B中，表示假定通过假想光路P3”及实际的光路P3’的光束朝向倾斜角度θ的激光射出部41的光轴上反射部52的第二反射面57的同一部位的状态。该假想光路P3”因为是使基准光路保持倾斜角度θ不变的光路，所以相对经第二反射面57反射后的假想光路P4”形成角度β(参照图6)。该假想光路P4”与倾斜角度θ的出射光轴Al’相一致。对此，因为光路P3”与到达第二反射面57的同一部位的实际的光路P3’相对假想光路P3”仅倾斜角度2θ，所以反射后的实际的光路P4’也相对假想光路P4”仅倾斜角度2θ。这里，因为实际的光路P4’及假想光路P4”的角度关系是一定的，而与第二反射面57上的反射部位无关，所以实际的光路P4’变得倾斜以使相对出射光轴Al’成为角度2θ的仰角。

因此，在旋转体12的旋转姿态相对旋转轴Ra以角度θ倾斜以使激光的出射方向朝向上的一侧位移的情况下，在激光出射部41中，从LD50射出的激光在相对出射光轴Al’向仰角一侧倾斜角度2θ的行进方向上向光束扩展光学系统53(参照图2及图3)入射。

这里，在激光出射部41中，该光束扩展光学系统53设定为角倍率1/2，如上述所示在相对光轴以角度2α的方向上入射到透镜53a的光束在相对光轴以角度-α的方向上从透镜53b射出(参照图4)。因此，在相对出射光轴Al’向仰角一侧倾斜角度2θ的行进方向上的激光如果入射到光束扩展光学系统53，则在相对出射光轴Al’向俯角一侧倾斜角度θ的行进方向(即角度-θ)上，从该光束扩展光学系统53(参照图2及图3)射出激光。因为该出射光轴Al’，从仅相对基准平面Bp向仰角一侧倾斜角度θ，所以从光束扩展光学系统53(参照图2及图3)射出的激光与基准平面Bp平行。

另外，旋转体12的旋转姿态相对旋转轴Ra发生变动，如图8所示，使激光的出射方向朝向相对基准状态下的激光的出射方向朝向下(俯角)一侧倾斜角度θ(即，角度-θ)的状态(旋转体12的旋转姿态相对旋转轴Ra倾斜角度-θ的状态)。即使是在该情况下，仅是相对基准光路倾斜的方向上下(旋转轴Ra方向)逆转，实际的光路P1’相对基准光路P1倾斜角度θ，实际的光路P2’相对基准光路P2倾斜角度θ。实际的光路P3’相对基准光路P3倾斜角度θ，相对假想光路P3”倾斜角度2θ。另外，实际的光路P4’倾斜，以相对假想光路P4”倾斜角度2θ，并且相对出射光轴Al’形成2θ的俯角。

因此，在旋转体12的旋转姿态相对旋转轴Ra发生变动，激光的出射方向相对基准状态下的激光的出射方向朝向下一侧倾斜角度θ的情况下，在激光出射部41中，从LD50射出的激光在相对出射光轴Al’向俯角一侧仅倾斜角度2θ的行进方向上向光束扩展光学系统53(参照图2及图3)入射，从该光束扩展光学系统53在相对出射光轴Al’向仰角一侧倾斜角度θ的行进方向上射出激光。因为该出射光轴Al’相对基准平面Bp向俯角一侧倾斜角度θ，所以从光束扩展光学系统53(参照图2及图3)射出的激光与基准平面Bp平行。

因此，根据涉及本发明的旋转式激光出射装置10，如图9所示，即使在旋转体12的旋转姿态相对旋转轴Ra以角度θ倾斜的情况下，经过光束扩展光学系统53射出的激光、即测量用激光光线Lm成为总是平行于基准平面Bp。由此可知，在旋转式激光射出装置10中，在出射光轴Al上配置的准直透镜51、光轴上反射部52、光束扩展光学系统53及光束成形光学系统54具有使从作为激光光源的LD50射出的激光在与基准平面Bp平行的出射光轴Al上射出的出射光学系统的功能。另外，光轴上反射部52具有反射光学部的功能，作为平行光学部件的准直透镜51和光束扩展光学系统53具有抵消光学部的功能。

这里，因为旋转体12的旋转姿态相对旋转轴Ra的变动起因于内筒部19通过轴承部件43能够旋转地支承旋转体12的基部40的结构中的间隙或各部件的挠曲变形，所以旋转体12的旋转姿态相对旋转轴Ra的倾斜角度(θ)变得极小。因此，起因于这种倾斜(θ)的、当向光束扩展光学系统53入射时的激光行进方向相对光轴Al’的倾斜角度2θ变得极小。因此，光束扩展光学系统53上的入射角度与出射角度的关系适合通过第二反射面57反射而入射到光束扩展光学系统53的全部激光。

根据涉及本发明的旋转式激光出射装置10，可以获得以下(1)～(11)的效果。

(1)能够与旋转体12的旋转姿态是否发生相对旋转轴Ra的变动无关，而在旋转轴Ra周围360°无间隙的射出平行于基准平面Bp的激光(测量用激光光线Lm)，能够完全防止由旋转体12的旋转姿态的变动所引起的测定精度的降低。换言之，射出的激光(测量用激光光线Lm)的行进方向可以由基准平面Bp来设定。因此，在将旋转式激光射出装置10设置于已知点的情况下，如果通过一对倾斜传感器32调整调整机构22以使内筒部19的倾斜度处于0的状态，则内筒部19的上壁部分33所限定的基准平面Bp与水平面平行，因此能够使射出的激光(测量用激光光线Lm)总是平行于水平面。由此，可以进行正确的测量。

(2)在激光出射部41中，由于利用光束成形光学系统54将经过光束扩展光学系统53后的激光分割形成三束，从而能够与旋转体12的旋转姿态是否发生相对旋转轴Ra的变动无光，而射出总是与基准平面Bp平行的行进方向上的三束激光(测量用激光光线Lm)。

(3)通过光轴上反射部52、与基准平面Bp平行的环状反射面36和光束扩展光学系统53的协同作用，简单地构成为使射出的激光的行进方向光学平行于基准平面Bp，由此能够高效地利用从LD50射出的激光。因此，因为能够提高测量用激光光线Lm的输出，所以在使用具有与以往同样的受光性能的受光器的情况下，可以扩大能够测量的领域。另外，反之，即使是比以往低的受光性能的受光器，也能够测量与以往同样的领域，因此可以缩小所使用的受光器的有效直径，从而能够实现该受光器的小型化。

(4)由于激光出射部41收容于在旋转轴Ra周围旋转的旋转体12，所以能够抑制由于测量用激光光线Lm的旋转照射方向引起的测量精度(高低角测量精度)的不稳定。其通过以下方式来实现。就以往来说，设置在基台上的激光出射部，由在旋转轴上重叠的多个五棱镜与能够沿旋转轴向该五棱镜射出激光的激光光源构成，在仅有各五棱镜旋转的激光出射装置的情况下，从激光光源射出的激光上的光量不匀的影响根据旋转照射的方向的不同而不同。因此，存在发生由于旋转照射方向形成的测量精度(高低角测量的精度)的不稳定的可能性。对此，在本申请发明的旋转式激光出射装置10中，因为包含作为激光光源的LD50的激光出射部41在旋转轴Ra周围旋转，所以能够使光量不匀的影响一定而与旋转照射方向无关。即，在本申请发明的旋转式激光出射装置10中，在从激光光源射出的激光的光束剖面(正交于光轴方向的剖面上的光束形状)不是圆形的情况、或光束扩展角度不同的情况下，即使射出的激光强度有偏差，由于激光出射部41在旋转轴Ra周围旋转，所以能够抑制发生由这些原因引起的并且由测量用激光光线Lm上的旋转照射方向所造成的测量精度的不稳定。

(5)根据激光出射部41，因为从LD50射出的激光通过准直透镜51而成为平行光束后到达光轴上反射部52，所以能够与旋转体的旋转姿态无关而将从LD50射出的激光全部利用作为切实平行于基准平面的测量用激光光线Lm。另外，即使在激光出射部41与环状反射面36的间隔发生变化的情况下，能够防止对在激光出射部41的光路上设定的焦距的影响。

(6)由于形成第一反射面56及第二反射面57的光轴上反射部52由垂直方向的剖面为等腰三角性的柱状部件构成，所以能够简单地构成。

(7)由于基准反射部由环状反射镜35的环状反射面36形成，所以能够与旋转体12的旋转轴Ra周围的旋转位置无光，与光轴上反射部52协同作用以简单的结构形成光路P2及光路P3。

(8)在激光出射部41中，由于将经过光束扩展光学系统53后的激光分割形成为三束的光束成形光学系统54由三个棱镜部件58a、58b、58c与基准平面Bp平行并列而构成，所以能够缩小水平面上的旋转体12的大小尺寸。另外，能够射出行进方向总是平行于基准平面Bp的三束激光(测量用激光光线Lm)。另外，由于能够缩小水平面上的旋转体12的大小尺寸，因此可以抑制旋转体12的旋转姿态相对旋转轴Ra发生变动。

(9)根据收容部42，在基部40能够旋转地支承于内筒部19的状态下，内筒部19的支承轴部分34插通贯穿孔42c，该支承轴部分34的上端(设置部37)从上壁部42a突出。因此，即使使收容部42与基部40一起相对内筒部19旋转，设置在支承轴部分34的上端的设置部37不会与收容部42、即旋转体12一起旋转，从而能够在收容到收容部42的激光出射部41的上方支承其他测量装置(在该例中是无线单元38)。

(10)根据激光出射部41，因为从LD50射出的激光通过准直透镜51成为水平光束后，到达作为基准反射面的环状反射面36，所以在旋转体12的旋转姿态相对旋转轴Ra发生变动的情况下，能够使射出的激光(测量用激光光线Lm)更切实地平行于基准平面Bp。

(11)在激光出射部41的光束成形光学系统54中，由于设定以使表示照射光线Sa的行进方向的线Cra、表示照射光线Sb的行进方向的线Crb与表示照射光线Sc的行进方向的线Crc在旋转轴Ra上的同一部位交叉，所以能够将从设置于已知点上的旋转式激光出射装置10旋转射出的测量用激光光线Lm的照射光线Sa、照射光线Sb及照射光线Sc作为从同一点光源(旋转轴Ra)射出的光线来处理。因此，通过从接收测量用激光光线Lm的受光器65输出的受光信号的时间间隔等能够容易且更正确地进行用于正确测量测量部位的计算。

因此，在涉及本发明的旋转式激光出射装置10中，能够防止从设置在包围旋转轴Ra的环状旋转体12上的激光射出部41射出的激光的射出方向相对旋转轴Ra发生变动。

实施例2

其次，说明实施例2的旋转式激光出射装置102。实施例2的旋转式激光出射装置102为激光出射部412的结构与实施例1不同的例子。该旋转式激光出射装置102，因为其基本结构与实施例1的旋转式激光出射装置10相同，所以对于同样功能部分标有与实施例1相同的符号，且省略其详细说明。

图10是实施例2的旋转式激光出射装置102的激光出射部412的结构的说明图。另外，图11是表示在激光出射部412中出射光轴Al倾斜角度θ的状态且与图9相同的说明图。此外，在图11中，为便于理解，出射光轴Al以激光出射部412的出射光轴Al与LD502的出射方向(光轴)的交点为旋转中心，倾斜角度θ。

该激光出射部412中，如图10所示，从LD502射出的激光到达环状反射面36的光路与实施例1的激光出射部41(旋转式激光出射装置10)的不同。详细而言，在激光出射部412中，LD502配置为，环状反射面36位于射出方向(主光线的行进方向)上而非出射光轴Al上(相对基准平面Bp倾斜)。另外，准直透镜512配置在其射出方向上LD502与环状反射面36之间。因此，根据激光出射部412，光轴上反射部522仅形成第二反射面572。

在该激光出射部412中，从LD502射出的激光经过准直透镜512成为平行光束。成为该平行光束的激光朝向环状反射面36，被该环状反射面36反射后，朝向光轴上反射部522的第二反射面572。并且，激光被该第二反射面572反射，并且在出射光轴Al上朝向光束扩展光学系统53。即，在激光出射部412中，在实施例1的激光出射部41中，通过第一反射面56来反射从LD50射出且经过准直透镜51成为平行光束的激光，在到达环状反射面36的光路(参照图6的光路P1及P2)中，在被第一反射面56反射并且朝向环状反射面36的光路(参照图6的光路P2)上设置的LD502及准直透镜512。

因此，如图11所示，在旋转式激光出射装置102中，与实施例1的旋转式激光出射装置10同样，即使在旋转轴12的旋转姿态相对旋转轴Ra以角度θ倾斜的情况下，经过光束扩展光学系统53射出的激光、即测量用激光光线Lm总是平行于基准平面Bp。此外，在该图11中，以实线表示激光实际行进的方向，以虚线来表示使原来的光路保持不变仅倾斜角度θ表示的各假想光路。

根据实施例2的旋转式激光出射装置102，基本上能够取得与实施例1的旋转式激光出射装置10相同的效果。除此之外，在旋转式激光出射装置102中，由于在激光出射部412中能够使用仅形成第二反射面572的光轴上反射部522，所以可以将激光出射部412设置为较小的尺寸。再者，在旋转式激光出射装置102中，由于在激光出射部412中将LD502及准直透镜512配置在实施例1的激光出射部41上的光路P2(参照图6)上，从而能够缩小水平面上的激光出射部412的大小尺寸，所以能够抑制旋转体12的旋转姿态相对旋转轴Ra发生变动。

实施例3

其次，说明实施例3的旋转式激光出射装置103。实施例3的旋转式激光出射装置103，相对实施例1的激光出射部41构成为通过环状反射面36一次反射激光，作为通过环状反射面36多次反射激光的一个例子，激光射出部413(反射光学部)构成为二次反射激光。该旋转式激光出射装置103，因为其基本结构与实施例1的旋转式激光出射装置10相同，所以对于同样功能部分标有与实施例1相同的符号，且省略其详细说明。

这里，图12是实施例3的旋转式激光出射装置103的激光出射部413的结构的说明图。另外，是图13的激光照射部413的作用的说明图，图13A表示出射光轴Al倾斜角度θ的状态，图13B表示为了容易理解作用而假定各自通过假想光路P3”及实际光路P3’的光束在第二反射镜573中同一部位进行反射的状态。而且，图14是表示在激光出射部413中与图9所示的出射光轴Al倾斜角度θ的状态相同的说明图。此外，在图13中，为便于理解，强调表示出射光轴Al的倾斜角度、光轴上反射部523的大小尺寸等，并非符合实际的激光出射部413。另外，在图13中，为便于理解，利用激光的中心位置的各光路P表示从LD50射出的、出射光轴Al上的激光行进的样态。另外，在图13中，以符号Al’表示仅倾斜角度θ(-θ)的出射光轴。而且，在图14中，为便于理解，与图11同样，出射光轴Al’以激光出射部413的出射光轴Al与光轴上反射部523的第一反射面563的交点为旋转中心，倾斜角度θ。

如图12所示，该激光出射部413中光轴上反射部523与实施例1的激光出射部41不同，随此，光束扩展光学系统533也不同。

光轴上反射部523具有邻接LD50的第一反射面563、邻接光束扩展光学系统533的第二反射面573、邻接环状反射面36的第三反射面70。第一反射面563与实施例1的激光出射部41的第一反射面56相同，通过收容部42的反射用贯穿孔48(参照图1)使从LD50射出并且经过准直透镜51而成为平行光束的激光(作为光路P1)，向设置于内筒部19的基准平面Bp的环状反射镜35的环状反射面36反射(作为光路P2)。第二反射面573与实施例1的激光出射部41的第二反射面57相同，使被环状反射镜35的环状反射面36反射且通过收容部42的反射用贯穿孔48(参照图1)的激光(作为光路P3)，向该光束扩展光学系统533反射(作为光路P4)，以使其在出射光轴Al上朝向光束扩展光学系统533。

第三反射面70在出射光轴Al与内筒部19的基准平面Bp平行的状态(基准状态)下，与环状反射面36、即基准平面Bp平行。该第三反射面70，使被第一反射面563反射后被环状反射镜35的环状反射面36反射且通过收容部42的反射用贯穿孔48(参照图1)的激光(作为光路P5)，再次经由收容部42的反射用贯穿孔48(参照图1)，向环状反射面36反射(作为光路P6)。被该第三反射面70反射后被环状反射镜35的环状反射面36反射且通过收容部42的反射用贯穿孔48(参照图1)的激光(光路P3)，被第二反射面573反射(光路P4)。在以下的记载中，所述各个光路P1～P6称为原光路(旋转体12的旋转姿态与旋转轴Ra一致状态的光路)。

其次，旋转体12的旋转姿态相对处于基准状态下的激光的出射方向朝向上(仰角)一侧倾斜角度θ(参照图13及图14)。当旋转体12的旋转姿态相对旋转轴Ra发生变动的情况下，在由内筒部19的上壁部分33所限定的基准平面Bp尤其没有发生变化，但是，在收容到旋转体12中的激光出射部413中出射光轴Al相对基准平面Bp倾斜角度θ。以下，如图13所示，将处于该倾斜状态下的实际的各光路作为P1’～P6’，将使原来的光路保持不变倾斜角度θ来表示的假想光路作为P1”～P6”来表示。实际的光路P1’相对原来的光路P1倾斜角度θ，被第一反射面563反射后的实际的光路P2’也相对原来的光路P2也倾斜角度θ。该实际的光路P1’及P2’与假想光路P1”、假想光路P2”相一致。

这里，环状反射面36与原来的状态相同平行于基准平面Bp，与倾斜的出射光轴Al’形成角度θ。因此，被环状反射面36反射后的实际的光路P5’相对基准光路P5倾斜角度θ，相对使基准光路P5倾斜角度θ来表示的假想光路P5”倾斜角度2θ。另外，光轴上反射部523的第三反射面70与出射光轴Al平行，但是与环状反射面36形成角度θ。因此，被第三反射面70反射后的实际的光路P6’相对基准光路P6倾斜角度3θ，相对使基准光路P6倾斜角度θ来表示的假想光路P6”倾斜角度2θ。其后，被环状反射面36反射后的实际的光路P3’相对基准光路P3倾斜角度3θ，并且相对使基准光路P3倾斜角度θ来表示的假想光路P3”倾斜角度4θ。

这里，在图13B中，表示假定通过假想光路P3”及实际的光路P3’的光束朝向倾斜角度θ的激光射出部413的光轴上反射部523的第二反射面573的同一部位的状态。该假想光路P3”因为是使基准光路P3保持不变倾斜角度θ的光路，所以假想光路P3”被第二反射面573反射后的假想光路P4”与从基准出射光轴Al倾斜角度θ的出射光轴Al’相一致。

对此，因为光路P3”与到达第二反射面573的同一部位的实际的光路P3’相对假想光路P3”倾斜角度4θ，所以反射后的实际的光路P4’也相对假想光路P4”仅倾斜角度4θ。这里，实际的光路P4’及假想光路P4”的角度关系是一定的，而与第二反射面573上的反射部位无光，所以实际的光路P4’倾斜以使相对出射光轴Al’形成角度4θ的仰角。

因此，在旋转体12的旋转姿态相对旋转轴Ra以角度θ倾斜以使激光的出射方向朝向上的(仰角)一侧位移的情况下，在激光出射部413中，从LD50射出的激光在相对出射光轴Al’向仰角一侧倾斜角度4θ的行进方向上向光束扩展光学系统533(参照图12及图14)入射。

随此，在激光出射部413中，光束扩展光学系统533的透镜533a的(透镜533b一侧的)焦距f3a与透镜533b(透镜533a一侧)的焦距f 3b的比设定为1∶4，角倍率设定为1/4。因此，在光束扩展光学系统533中，相对光轴以角度4θ向透镜533a入射的光束相对光轴以角度-θ从透镜533b射出。

由此，如图13、图14所示，在激光出射部413中出射光轴Al’相对出射光轴Al向上(仰角)一侧仅倾斜角度θ的情况下，激光相对出射光轴Al’向仰角一侧倾斜角度4θ，并且向光束扩展光学系统533入射，在从该光束扩展光学系统533相对出射光轴Al’向下(俯角)一侧仅倾斜角度θ的行进方向(即、角度-θ)上出射。因为该出射光轴Al’相对基准平面Bp向仰角一侧倾斜角度θ，所以从该光束扩展光学系统533(参照图2及图3)射出的激光与基准平面Bp平行。该作用与实施例1的激光出射部41相同，旋转体12的旋转姿态相对旋转轴Ra倾斜，在激光的出射方向相对处于基准状态下的激光的出射方向朝向俯角一侧以角度θ(即、角度-θ)倾斜的情况下也相同。

因此，根据涉及本发明的旋转式激光出射装置10，即使在旋转体12的旋转姿态相对旋转轴Ra以角度θ倾斜的情况下，经过光束扩展光学系统533射出的激光、即测量用激光光线Lm成为总是平行于基准平面Bp。

在实施例3的旋转式激光出射装置103中，能够基本上获得与实施例1的旋转式激光出射装置10相同的效果。

另外，根据该实施例3的激光出射部413，虽然构成为激光被环状反射面36二次反射，但是即使在旋转体12的旋转姿态相对旋转轴Ra发生变动的情况下，也可以构成为利用在不受其影响的基准平面Bp上配置的环状反射面36多次反射激光的结构，而并非限定于实施例3的结构。根据本发明，如果通过环状反射面36使激光k次反射，则出射光轴Al’相对出射光轴Al倾斜角度θ的情况下，因为向光束扩展光学系统入射的激光的光束相对出射光轴Al’仅倾斜角度2kθ，所以如果将该光束扩展光学系统的角倍率设定为1/2k，则能够与旋转体12的旋转姿态无关而使测量用激光光线Lm总是平行于基准平面Bp。

实施例4

其次，说明实施例4的旋转式激光出射装置104。对实施例4的旋转式激光出射装置104来说，激光出射部414构成为与实施例1的激光出射部41不同。该旋转式激光出射装置104，因为其基本结构与实施例1的旋转式激光出射装置10相同，所以对于同样功能部分标有与实施例1相同的符号，且省略其详细说明。

这里，图15是实施例4的旋转式激光出射装置104的激光出射部414的结构的说明图。另外，图16是为了说明激光出射部414的作用的基本原理而模式性地表示从LD50到准直透镜514的光路的说明图。而且，图17是表示在激光出射部414中与图9所示的出射光轴Al倾斜角度θ的状态相同的说明图。此外，在图17中，为便于理解，与图11同样，出射光轴Al’以激光出射部414的出射光轴Al与光轴上反射部52的第一反射面56的交点为旋转中心，倾斜角度θ。

如图15所示，该激光出射部414的准直透镜514的配设位置与实施例1的激光出射部41的不同，随此，光束扩展光学系统534也与实施例1的激光出射部41不同。

在激光出射部414中，准直透镜514设置在光轴上反射部52与光束扩展光学系统534之间的出射光轴Al上。该准直透镜514在激光出射部414的光路上，使用具有LD50的激光的出射位置成为焦点位置的焦距f0(参照图16)。在激光出射部414中，激光从LD50射出(作为光路P1)，被光轴上反射部52的第一反射面56反射后，朝向环状反射镜35的环状反射面36(作为光路P2)，通过该环状反射面36反射，朝向光轴上反射部52的第二反射面57(作为光路P3)，通过第二反射面57反射，通过出射光轴Al到达准直透镜514(作为光路P4)，经过该准直透镜514而成为平行光束。在该实施例4的激光出射部414中，光路P 1与光路P4为相等的长度尺寸a，光路P2与光路P3为相等的长度尺寸b。因此，在激光出射部414中，在从LD50到准直透镜514的光路中的环状反射面36的反射位置设置为从LD50到准直透镜514的光路的中间位置(如果适用于图16，则m＝n)，即，在该光路上位于距离准直透镜514一半焦距f0的位置。

这里，在激光出射部414中，在旋转体12的旋转姿态相对旋转轴Ra倾斜角度θ的情况下(其倾斜的出射光轴设置为Al’。参照图17)，在从LD50到准直透镜514的光路上，产生与实施例1的激光出射部41相同的作用。详细而言，与实施例1的定义相同，将处于倾斜状态下的实际的各光路作为P1’～P4’，将使基准光路保持不变倾斜角度θ来表示的假想光路作为P1”～P4”(参照图7、图8)，则实际的光路P1’及P2’与假想光路P1”及P2”之间没有产生倾斜的差异，但是被环状反射面36反射后的实际的光路P3’与假想光路P3”之间产生2θ的倾斜差异，实际的光路P4’与假想光路P4”之间也维持了2θ的倾斜差异。由此，在激光出射部414中，在旋转体12的旋转姿态相对旋转轴Ra以角度θ倾斜的情况下，相对出射光轴Al以角度2θ倾斜的激光向准直透镜514入射。这在图16中被模式性地表示。

在图16中，在从LD50射出的激光的出射光轴Al上，LD50与准直透镜514配置为具有该准直透镜514的焦距f0的间隔。在该图16中，由于LD50及准直透镜514相对出射光轴Al’的关系一定，所以在旋转体12的旋转姿态相对旋转轴Ra倾斜角度θ的情况下，将出射光轴Al’设置为相对出射光轴Al不倾斜(利用相等的直线来表示Al与Al’)，根据倾斜光束的行进方向以点s为基点相对出射光轴Al’倾斜。

从该LD50射出的具有发散倾向的激光通过经准直透镜514成为平行光束。在图16中，利用符号q来表示该准直透镜514的中心位置。另外，利用符号r来表示LD50上的出射位置。另外，利用符号s来表示从LD50到准直透镜514的光路上的环状反射面36所进行的反射的位置。在旋转体12的旋转姿态相对旋转轴Ra倾斜角度θ的情况下，利用线段s-u来表示从由环状反射面36所进行的反射的地点(s)相对出射光轴Al’(线段q-r)以角度2θ倾斜的光束11向准直透镜514入射的样态。这里，以线段q-s的长度尺寸为m，以线段s-r的长度尺寸为n。此外，利用符号Fp表示准直透镜514的焦点面(焦平面(与光轴正交且包含焦点位置的面))。

该光束11透过准直透镜514后行进的方向成为：延长线段s-u从其延长线与焦平面Fp的交点t朝向准直透镜514的中心q的方向(与线段t-q平行的方向)。因此，经过准直透镜514的平行光束相对出射光轴Al’(线段q-r)以角度x朝向光束扩展光学系统534(参照图15及图17)。

这里，如果以通过准直透镜514的中心q且平行于激光11的直线与焦点面Fp的交点作为v，则线段q-v相对出射光轴Al’(线段q-r)以角度2θ倾斜。另外，如上述所示，由于在本申请发明的激光出射部414中，相对出射光轴Al的倾斜角度θ为极小值，所以能够视为tanθ＝θ(2θ也同样如此)。因此，比较以线段q-r为底边的三角形qrv与三角形qrt，则三角形qrv上的顶点q的角度2θ与三角形qrt上的顶点q的角度x的比等于线段r-v与线段r-t的长度比。由此可知，因为在由线段r-v限定一边的三角形qrv与具有与其是相似关系由线段r-t限定一边的三角形srt中，(线段q-r)∶(线段r-v)＝(线段s-r)∶(线段r-t)、(m+n)∶(2θ)＝(n)∶(x)，所以x＝[2n/(m+n)]θ。

因此，在具有上述结构的激光出射部414中，角度x、即经过准直透镜514的平行光束相对出射光轴A’(线段q-r)的行进方向由准直透镜514与LD50之间的点s的位置、即环状反射面36的反射位置所决定。此外，这以m(线段s-q)与n(线段s-r)的比即使倾斜(实际的各光路P 1’～P4’)，也与倾斜前的状态(各光路P1～P4)相等为前提。如上述所示，在本申请发明的激光出射部414中，由于激光的入射角度在极小的范围发生变动，所以反射前与反射后的光路长度的比的变化也极小，可以当作该前提成立来进行处理。

这里，在激光出射部414中，如上述所示，因为从LD50到准直透镜514的光路中的环状反射面36的反射位置(点s)设置为该光路的中间的位置、即在图16中m＝n，所以由上式可知x＝θ。即，在激光出射部414中，在旋转体12的旋转姿态相对旋转轴Ra倾斜角度θ的情况下，从LD50射出的激光，在相对出射光轴Al’向与旋转体12的倾斜方向相等的方向倾斜角度θ的行进方向上，向光束扩展光学系统534(参照图17及图18)入射。

这里，在激光出射部414中，如图15所示，光束扩展光学系统534被设定为：透镜534a的(透镜534b一侧的)焦距f4a与透镜534b(透镜534a一侧)的焦距f4b的比设定为1∶1，角倍率设定为1/1(角倍率等倍)。因此，在光束扩展光学系统534中，在相对光轴以角度α的方向上向透镜534a入射的光束在相对光轴以角度-α的方向上从透镜534b射出。

由此，在激光出射部414中，如图17所示，出射光轴Al’相对出射光轴Al向仰角一侧倾斜角度θ的情况下，激光相对出射光轴Al’向仰角一侧倾斜角度θ，并且向光束扩展光学系统534入射，从该光束扩展光学系统534在相对出射光轴Al’向俯角一侧倾斜角度θ的行进方向上(即、角度-θ)出射。因为该出射光轴Al’相对基准平面Bp向仰角一侧倾斜角度θ，所以从该光束扩展光学系统534射出的激光与基准平面Bp平行。该作用与实施例1的激光出射部41相同，即使旋转体12的旋转姿态倾斜，并且在出射光轴Al’相对出射光轴Al向俯角一侧以角度θ’(即、角度-θ’)倾斜的情况下也相同。

因此，在涉及本发明的旋转式激光出射装置104中，即使在旋转体12的旋转姿态相对旋转轴Ra以角度θ倾斜的情况下，经过光束扩展光学系统534射出的激光、即测量用激光光线Lm也成为总是平行于基准平面Bp。

在实施例4的旋转式激光出射装置104中，能够基本上获得与实施例1的旋转式激光出射装置10相同的效果。除此之外，在旋转式激光出射装置104中，因为适当设定从LD50到准直透镜514的光路上的环状反射面36的反射位置和光束扩展光学系统534中的角倍率，以使其互相适合，所以能够提高激光出射部414的设定的自由度。

实施例5

其次，说明实施例5的旋转式激光出射装置105。对实施例5的旋转式激光出射装置105来说，激光出射部415构成为与实施例4的激光出射部414不同。该旋转式激光出射装置105因为其基本结构与实施例4的旋转式激光出射装置104相同，所以对于同样功能部分标有与实施例1相同的符号，且省略其详细说明。

这里，图18是实施例5的旋转式激光出射装置105的激光出射部415的结构的说明图。另外，图19是表示在激光出射部415中与图11所示的出射光轴Al倾斜角度θ的状态相同的说明图。此外，在图19中，为便于理解，与图11同样，出射光轴Al’以激光出射部415的出射光轴Al与光轴上反射部52的第一反射面56的交点为旋转中心，倾斜角度θ。

在该激光出射部415中，如图18所示，准直透镜515的配设位置与实施例4的激光出射部414的不同，随此，光束扩展光学系统535也不同。

在激光出射部415中，分别将光路P1的长度尺寸设置为c，光路P2的长度尺寸设置为b，光路P3的长度尺寸设置为b，光路P4的长度尺寸设置为a，准直透镜515的焦距设置为(a+2b+c)。这里，根据上述的a、b、c，设定为2(a+b)＝b+c，在从LD50到准直透镜514的光路中的环状反射面36的反射位置，在沿该光路的长度尺寸上设置为(LD50～反射位置)∶(反射位置～准直透镜515)＝1∶2。

因此，在激光出射部415中，因为在图16中m＝2及n＝1，所以如果适用于上式，则x＝(4/3)θ。即，在激光出射部415中，在旋转体12的旋转姿态相对旋转轴Ra倾斜角度θ的情况下，如图19所示，从LD50射出的激光，在相对出射光轴Al’向仰角一侧仅倾斜(4/3)θ的行进方向上，向光束扩展光学系统535入射。

这里，在激光出射部415中，如图18所示，透镜535a的(透镜535b一侧的)焦距f5a与透镜535b(透镜535a一侧)的焦距f5b的比设定为3∶4，角倍率设定为3/4。因此，在光束扩展光学系统535中，在相对光轴以角度α的方向上向透镜535a入射的光束在相对光轴以角度-(3/4)α的方向上从透镜535b射出。

由此，在激光出射部415中，如图19所示，出射光轴Al’相对出射光轴Al向仰角一侧倾斜角度θ的情况下，激光相对出射光轴Al’向仰角一侧倾斜角度(4/3)θ、然后向光束扩展光学系统535入射、在从该光束扩展光学系统535相对出射光轴Al’向俯角一侧倾斜角度θ的行进方向上(即、角度-θ)出射。因为该出射光轴Al’相对基准平面Bp向仰角一侧倾斜角度θ，所以从该光束扩展光学系统535射出的激光与基准平面Bp平行。该作用与实施例1的激光出射部41相同，即使旋转体12的旋转姿态倾斜，在出射光轴Al’相对出射光轴Al向俯角一侧以角度θ’(即、角度-θ’)倾斜的情况下也相同。

因此，在涉及本发明的旋转式激光出射装置105中，即使在旋转体12的旋转姿态相对旋转轴Ra以角度θ倾斜的情况下，经过光束扩展光学系统535射出的激光、即测量用激光光线Lm也成为总是平行于基准平面Bp。

在实施例5的旋转式激光出射装置105中，能够基本上获得与实施例1的旋转式激光出射装置10相同的效果。除此之外，在旋转式激光出射装置105中，因为适当设定从LD50到准直透镜515的光路上的环状反射面36的反射位置和光束扩展光学系统535上的角倍率，以使其互相适合，所以能够提高激光出射部415的设定的自由度。

实施例6

其次，说明实施例6的旋转式激光出射装置106。实施例6的旋转式激光出射装置106的激光出射部416构成为与实施例1的激光出射部41不同。该旋转式激光出射装置106，因为其基本结构与实施例1的旋转式激光出射装置10相同，所以对于同样功能部分标有与实施例1相同的符号，且省略其详细说明。这里，图20是实施例6的旋转式激光出射装置106的激光出射部416的结构的说明图。

如图20所示，该激光出射部416与实施例1的激光出射部41不同，在光路上，光束扩展光学系统71设置在光轴上反射部526与环状反射面36之间，随此，光轴上反射部526与光束扩展光学系统536也不同。

在激光出射部416中，光轴上反射部526由两个部件(526a、526b)构成。该第一反射部件526a形成第一反射面566，第二反射部件526b形成第二反射面576。因此，在激光出射部416中，从LD50射出的激光准经过准直透镜51(作为光路P1)，被第一反射部件526a的第一反射面566反射，朝向环状反射镜35的环状反射面36(作为光路P2)，通过该环状反射面36反射，朝向第二反射部件526b的第二反射面576(作为光路P3)，通过该第二反射面576反射后，通过出射光轴Al上到达光束扩展光学系统536(作为光路P4)。

光束扩展光学系统71由设置在光路P2上的透镜72与设置在光路P3上的透镜73构成，如果入射平行光束，则射出扩展该光束直径的平行光束。在该光束扩展光学系统71中，透镜72的(透镜73一侧)的焦点位置、即透镜73的(透镜72一侧)的焦点位置(参照符号i)设置为位于第一反射面566与环状反射面36之间(光路P2)。在从该LD50射出的激光的光路上，以从焦点位置i到环状反射面36的间隔(距离)为b，以环状反射面36到透镜73的间隔(距离)为a。

这里，在激光出射部416中，在旋转体12的旋转姿态相对旋转轴Ra倾斜角度θ的情况下(其倾斜的出射光轴设置为Al’)，在从LD50到准直透镜51的光路上，产生与实施例1的激光出射部41相同的作用。详细而言，与实施例1的定义相同，将处于倾斜状态下的实际的各光路作为P1’～P4’，将使基准光路保持不变倾斜角度θ来表示的假想光路作为P1”～P4”(参照图7、图8)，则实际的光路P1’及P2’与假想光路P1”及P2”之间没有产生倾斜的差异，但是被环状反射面36反射后的实际的光路P3’与假想光路P3”之间产生2θ的倾斜差异。因此，在激光出射部416中，在旋转体12的旋转姿态相对旋转轴Ra以角度θ倾斜的情况下，相对出射光轴Al以角度2θ倾斜的激光从环状反射面36的反射位置向透镜73入射。

由此，在激光出射部416中，能够处理为从该焦点位置i射出的具有发散倾向的激光被环状反射面36反射后通过透镜73而成为平行光束，可以适用于图16的情况来考虑。即，在激光出射部416中，在图16中，m＝a、n＝b，在旋转体12的旋转姿态相对旋转轴Ra倾斜角度θ的情况下，根据图16中使用的公式x＝2nθ/(m+n)，相对以角度θ倾斜的出射光轴Al’，向其倾斜方向倾斜[2b/(a+b)]θ的角度，向透镜73入射。

这里，在激光出射部416中，透镜536a的(透镜536b一侧的)焦距f6a与透镜536b(透镜536a一侧)的焦距f6b的比设定为d∶c，角倍率设定为d/c。这里，设定c/d＝2b/(a+b)。因此，在光束扩展光学系统536中，在相对光轴以角度[2b/(a+b)]α的方向上向透镜536a入射的光束在相对光轴以角度-α的方向上从透镜536b射出。

由此，在激光出射部416中，虽然省略了图示，在出射光轴Al’相对出射光轴Al向仰角一侧倾斜角度θ的情况下，激光相对出射光轴Al’向仰角一侧倾斜角度[2b/(a+b)]θ，并且向光束扩展光学系统536入射，在从该光束扩展光学系统536相对出射光轴Al’向俯角一侧倾斜角度θ的行进方向上(即、角度-θ)射出。因为该出射光轴Al’相对基准平面Bp向仰角一侧仅倾斜角度θ，所以从该光束扩展光学系统536射出的激光与基准平面Bp平行。该作用与实施例1的激光出射部41相同，即使旋转体12的旋转姿态倾斜，在出射光轴Al’相对出射光轴Al向俯角一侧以角度θ’(即、角度-θ’)倾斜的情况下也相同。

因此，在涉及本发明的旋转式激光出射装置106中，即使在旋转体12的旋转姿态相对旋转轴Ra以角度θ倾斜的情况下，经过光束扩展光学系统536射出的激光、即测量用激光光线Lm成为总是平行于基准平面Bp。

在实施例6的旋转式激光出射装置106中，能够基本上获得与实施例1的旋转式激光出射装置10相同的效果。

除此之外，在旋转式激光出射装置106中，因为光轴上反射部526由第一反射部件526a和第二反射部件526b构成，所以能够设定大小尺寸适合从LD50射出后经过准直透镜51而成为平行光束的激光的光束直径的第一反射面566，并且能够设定大小尺寸适合被环状反射面36反射后经过透镜73成为平行光束的激光的光束直径的第二反射面576。因此能够提高光轴上反射部526的位置、大小尺寸等的设定的自由度。

另外，在根据旋转式激光出射装置106中，因为适当设定光束扩展光学系统71上的透镜72与透镜73的位置关系及焦点位置等和光束扩展光学系统536上的角倍率，以使其互相适合，所以能够提高激光出射部416的设定的自由度。

实施例7

其次，说明实施例7的旋转式激光出射装置107。对实施例7的旋转式激光出射装置107来说，激光出射部417构成为与实施例6的激光出射部416不同。该旋转式激光出射装置107因为其基本结构与实施例6的旋转式激光出射装置106相同，所以对于同样功能部分标有与实施例6相同的符号，且省略其详细说明。

这里，图21是实施例7的旋转式激光出射装置107的激光出射部417的结构的说明图。另外，图22是为了说明激光出射部417的作用的基本原理而模式性地表示如图16所示的从假想光源74到透镜737的光路的说明图。

该激光出射部417，如图21所示，在光轴上反射部526与环状反射面36之间设置的光束扩展光学系统717与实施例6的激光出射部416的不同，随此，光束扩展光学系统537也不同。

在激光出射部417中，与实施例6的激光出射部416相同，光轴上反射部526由两个部件(526a、526b)构成。从LD50射出的激光(作为光路P1)，被第一反射部件526a的第一反射面566反射，朝向环状反射镜35的环状反射面36(作为光路P2)，通过该环状反射面36反射，朝向第二反射部件526b的第二反射面576(作为光路P3)，被该第二反射面576反射，通过出射光轴Al上到达光束扩展光学系统537(作为光路P4)。

光束扩展光学系统717，由设置在光路P2上的透镜727与设置在光路P3上的透镜737构成，如果入射平行光束，则射出扩展该光束直径的平行光束。根据该光束扩展光学系统717，透镜727的(透镜737一侧)的焦点位置、换言之透镜737的(透镜727一侧)的焦点位置(参照符号i)设定为位于环状反射面36与第二反射面576之间(光路P3)。在从该LD50射出的激光的光路上，以从环状反射面36到焦点位置i的间隔(距离)为b，以焦点位置i到透镜737的间隔(距离)为a。在实施例7中，a∶b＝2∶1。

这里，激光出射部417在旋转体12的旋转姿态相对旋转轴Ra倾斜角度θ’的情况下(其倾斜的出射光轴设置为Al’)，在从LD50到透镜737的光路上，产生与实施例1的激光出射部41相同的作用。详细而言，与实施例1的定义相同，将处于倾斜状态下的实际的各光路作为P1’～P4’，将使基准光路保持不变仅倾斜角度θ’来表示的假想光路作为P1”～P4”(参照图7、图8)，则实际的光路P1’及P2’与假想光路P1”及P2”之间没有产生倾斜的差异，但是被环状反射面36反射后的实际的光路P3’与假想光路P3”之间产生2θ’的倾斜差异。因此，在激光出射部417中，在旋转体12的旋转姿态相对旋转轴Ra以角度θ’倾斜的情况下，相对出射光轴Al’以角度2θ’倾斜的激光从环状反射面36的反射位置向透镜737入射。

由此，在激光出射部417中，可以考虑：从该焦点位置i射出的具有发散倾向的激光，通过透镜737而成为平行光束。这被图22模式性地表示。该图22中，以图16上的准直透镜514为透镜737，并在焦点位置i上设置有假想光源74。图22上的出射光轴Al上的假想光源74与点s’(环状反射面36的反射位置)的位置关系是图16上的出射光轴Al上的LD50与点s的位置关系的反转。

即，在图22中，在出射光轴Al上，假想光源74与透镜737被配置为设置有该透镜737的焦距f0’的间隔。假想光源74，其出射位置位于透镜737的焦点面(焦平面)Fp。在该图22中，因为LD50与透镜737相对出射光轴Al(Al’)的关系性一定，所以在旋转体12的旋转姿态相对旋转轴Ra以角度θ’倾斜的情况下，出射光轴Al’相对出射光轴Al不倾斜(以相等的直线来表示Al与Al’)，与倾斜对应，光束的行进方向以点s’为基点相对出射光轴Al(Al’)倾斜。在图22中，如果光束的行进方向相对出射光轴Al(Al’)倾斜，则假想光源74向以点s’为基点的光束的行进方向与焦点面(焦平面)Fp的交点(参照符号t’)移动。

从假想光源74射出的具有发散倾向的激光通过经透镜737成为平行光束。在图22中，利用符号q’来表示该透镜737的中心位置，利用符号r’来表示假想光源74上的出射位置。另外，利用符号s’来表示出射光轴Al(Al’)上的环状反射面36的反射位置。另外，在旋转体12的旋转姿态相对旋转轴Ra倾斜角度θ’的情况下，利用线段s’-u’来表示从环状反射面36的反射地点(点s’)相对出射光轴Al’(线段q’-r’)以角度2θ’倾斜的光束12向透镜737入射的样态。这里，以从透镜737到假想光源74的出射位置(线段q’-r’)的长度尺寸为m’，以从假想光源74的出射位置到环状反射面36的反射位置(线段r’-s’)的长度尺寸为n’。

该光束12透过透镜737后行进的方向成为，从线段s’-u’与焦平面Fp的交点t’朝向透镜737的中心q’的方向(与线段t’-q’平行的方向)。因此，经过透镜737的平行光束相对出射光轴Al’(线段q’-r’)以与透过透镜737前相反的符号的角度x’朝向光束扩展光学系统537(参照图21)。

这里，如果以透过透镜737的中心q’且与激光12平行的直线与焦点面Fp的交点作为v’，则线段q’-v’相对出射光轴Al’(线段q’-r’)以角度2θ’倾斜。另外，如上述所示，由于在本申请发明的激光出射部417中相对出射光轴Al的倾斜角度θ’为极小值，所以能够视为tanθ’＝θ’(2θ’也同样如此)。因此，比较以线段q’-r’为底边的三角形q’r’v’与三角形q’r’t’，则三角形q’r’v’上的顶点q’的角度2θ’与三角形q’r’t’上的顶点q’的角度x’的比，等于线段r’-v’与线段r’-t’的长度比。由此可知，因为在由线段r’-v’限定一边的三角形q’r’v’与具有与其相似关系由线段r’-t’限定一边的三角形s’r’t’中，(线段q’-r’)∶(线段r’-v’)＝(线段s’-r’)∶(线段r’-t’)；(m’)∶(2θ’)＝(n’)∶(x’)，所以x’＝(2n’/m’)θ’。

因此，在具有上述结构的激光出射部417中，角度x’即经过透镜737的平行光束相对出射光轴Al’(线段q’-r’)的行进方向由透镜737与假想光源74之间的距离(透镜737的焦距f0’的间隔)、与假想光源74与出射光轴Al’上的环状反射面36的反射位置(点s’)之间的距离所决定。此外，这以m’(线段q’-r’)与n’(线段s’-r’)的比，即使在倾斜后(实际的各光路(参照图7、8等的P1’～P4’))，在透镜737与假想光源74之间的光路上见到的环状反射面36的反射位置的前后比，也与倾斜前的状态(各光路P1～P4)相等为前提。如上述所示，在本申请发明的激光出射部417中，由于激光的入射角度在极小的范围发生变动，所以反射前与反射后的光路长度的比的变化也极小，可以当作该前提成立来进行处理。

这里，在激光出射部417中，如上述所示，因为假想光源74与透镜737之间的距离m’，与假想光源74与出射光轴Al’上的点s’之间的距离n’的比设定为2∶1，所以根据上式x’＝(2n’/m’)θ’可知x’＝θ’。这里，如上述所示，激光以与透过透镜737前相反的符号的角度x’射出，所以成为x’＝-θ’。即，在激光出射部417中，在旋转体12的旋转姿态相对旋转轴Ra倾斜角度θ’的情况下，从LD50射出的激光，在相对出射光轴Al’向相等的方向倾斜角度-θ’的行进方向上射出。因此实施例7的激光出射部417因为没有必要通过光束扩展光学系统537来使从透镜737射出的激光的行进方向发生变化，所以如图21所示，没有设置光束扩展光学系统537。

由此，在激光出射部417中，出射光轴Al’相对出射光轴Al向仰角一侧倾斜角度θ’的情况下，激光在相对出射光轴Al’向俯角一侧倾斜角度θ’(即、角度-θ’)的行进方向上从透镜737射出。因为该出射光轴Al’相对基准平面Bp向仰角一侧倾斜角度θ’，所以从透镜737射出的激光与基准平面Bp平行。该作用与实施例1的激光出射部41相同，旋转体12的旋转姿态倾斜，在出射光轴Al’相对出射光轴Al向俯角一侧以角度θ’(即、角度-θ’)倾斜的情况下也相同。

因此，涉及本发明的旋转式激光出射装置107中，即使在旋转体12的旋转姿态相对旋转轴Ra以角度θ’倾斜的情况下，经过透镜737射出的激光、即测量用激光光线Lm成为总是平行于基准平面Bp。

在实施例7的旋转式激光出射装置107中，能够基本上获得与实施例6的旋转式激光出射装置106相同的效果。除此之外，在旋转式激光出射装置107中，因为不需要设置光束扩展光学系统537，所以能够实现更简单的结构，从而容易追求轻质化及小型化。

此外，在实施例7的旋转式激光出射装置107中，根据从焦点位置i到透镜737的间隔m’，与从环状反射面36到焦点位置i的间隔n’的比m’∶n’设定为2∶1，虽然作为没有设置光束扩展光学系统537的装置，但是并不限定于实施例7的结构。即，在出射光轴Al’相对出射光轴Al以角度θ’倾斜的情况下，由于从透镜737射出的激光的行进方向成为x’＝(2n’/m’)θ’，所以通过使用角倍率为(m’/2n’)的光束扩展光学系统537，可以将m’∶n’设定为任意值。

此外，在上述各实施例中，虽然具有在收容有激光出射部的旋转体12上，插通有在上端的设置部37上设置有无线单元38的支承轴部分34，但是如果是构成为激光出射部收容于在旋转轴Ra周围旋转的旋转体，且存在由于旋转体12的旋转姿态相对旋转轴Ra倾斜而导致激光出射部的出射光轴倾斜的可能性，则可以采用涉及本发明的旋转式激光出射装置的结构，从而获得其作用效果。

另外，在上述各实施例中，虽然使用由作为基准反射部的环状反射镜35形成的环状反射面36，但是基准反射部可以是与旋转体12的旋转位置无关，只要是与光轴上反射部52的协同作用，就能够形成光路P2及光路P3的部件，并不限定于上记各实施例。

而且，在上述实施例1及实施例3～5中，虽然光轴上反射部52使用剖面等腰三角形的柱状部件，但是如果与基准反射部(实施例1及实施例3～5中环状反射面36)协同作用而形成用于形成光路P2及光路P3的第一反射面56及第二反射面57的结构就可以，例如，也可以是角柱状部件，还可以是有两个板状部件构成的结构(参照实施例6、7)，并不限定于上记实施例1及实施例3～5。

在上述各实施例中，在激光出射部41中，光束成形光学系统54构成为将经过光束扩展光学系统53等后的激光分割形成三束，但是也可以是能够射出适合倾斜角及高度的测量的激光，并不限定于上记各实施例。

在上述各实施例中，在激光出射部41中，虽然光束成形光学系统54设定为使经过光束扩展光学系统53等后的激光成为随着远离旋转轴Ra扩展的呈现为扇面形状的光束，也就是所谓的扇形光束，但是如果是一边以旋转轴Ra为支轴旋转一边射出激光的结构，例如，如图23所示的旋转式激光出射装置10’所示，也可以是射出棒状光束Lm’的结构，并不限定于上记各实施例。在该旋转式激光出射装置10’中，构成为在激光出射部41’中不设置光束成形光学系统54。

在上述实施例4～7中，虽然记载了基准反射面进行的反射次数为一次的例子，但是如实施例3记载所示，基准反射面进行的反射次数也可以为多次。在该情况下，与实施例3相同，如果将基准反射面进行的反射次数设置为k，则在旋转体12的旋转姿态相对旋转轴Ra以角度θ倾斜的情况下，由于该反射而倾斜角度成为2kθ，因此只要设定在光路上的焦点位置及光束扩展光学系统的角倍率(参照实施例4～7)就可以，以使其适合于该2kθ。

这里，所述光束扩展光学系统设置在通过所述反射光学部向所述出射光轴反射后的激光行进的光路上、即所述出射光轴上。如果根据在从激光光源射出的激光行进的光路上的平行光学部件的设定位置与在所述反射光学部形成的基准反射面上的反射次数，来设定光束扩展光学系统的角倍率(结构a)，则能够以使其相互适合的方式适当设定具有光束扩展光学系统及平行光学部件的抵消光学部与反射光学部，因此能够提高出射光学系统的设定的自由度，能够使从激光出射部射出的激光的出射方向总是平行于基准平面。

另外，除了上述结构a之外，还考虑以下的结构：如果所述平行光学部件设置在通过基准反射面反射前的激光行进的光路上，所述光束扩展光学系统的角倍率设定为1/2k，其中以所述反射光学部形成的所述基准反射面上的反射次数为k(作为结构b)，则即使在旋转体的旋转姿态相对旋转轴倾斜的情况下，从激光出射部射出的激光的出射方向能够总是平行于基准平面。例如，考虑在反射次数为1(k＝1)，旋转体的旋转姿态相对旋转轴倾斜规定的角度θ的情况。在该情况下，由于激光出射部的出射光轴相对基准平面倾斜角度θ，所以从反射光学部朝向基准反射面的激光的行进方向及通过基准反射面反射的激光的行进方向与基准状态比较，也仅倾斜角度θ。这里，由于出射光轴倾斜角度θ，所以通过基准反射面反射的激光被反射光学部反射，朝向光束扩展光学系统的激光的行进方向相对倾斜角度θ的出射光轴倾斜角度2θ。根据该光束扩展光学系统，由于角倍率(1/2k)设定为1/2，所以在相对出射光轴倾斜角度2θ的行进方向，入射的激光作为相对光轴倾斜角度-θ的行进方向的激光而射出。因此，经过光束扩展光学系统后的激光的行进方向成为相对倾斜角度θ的出射光轴倾斜角度-θ，从而相对基准平面平行。根据该作用，即使在旋转体的旋转姿态相对旋转轴倾斜的情况下，能够使从激光出射部射出的激光的出射方向总是平行于基准平面。

另外，除了上述结构b之外，还考虑以下的结构：所述反射光学部为在平行于所述出射光轴上的所述基准平面的方向上延伸的长部件，并且包括：第一反射面，其使从所述激光光源向平行于所述基准平面的所述出射光轴上射出的激光朝向所述基准反射面反射；第二反射面，其使被所述基准反射面反射的该激光反射，从而返回到所述出射光轴上，如果设定所述第一反射面与所述第二反射面相对所述出射光轴倾斜的角度设定为绝对值相等，则能够简单地构成反射光学部。

另外，除了上述结构a之外，还考虑以下的结构：所述平行光学部件设置在通过所述基准反射面反射后的激光行进的光路上，并且设置在与所述光束扩展光学系统相比更靠近所述基准反射面一侧，所述平行光学部件的所述激光光源一侧的焦点位置设定在通过所述基准反射面反射前的激光行进的光路上。所述反射光学部形成的所述基准反射面上的反射次数为1，在激光行进的光路上，以从所述平行光学部件的中心到所述基准反射面的间隔为m，且以从该基准反射面到所述平行光学部件的焦点位置的间隔为n，如果所述光束扩展光学系统的所述角倍率设定为(m+n)/2n，则即使在旋转体的旋转姿态相对旋转轴倾斜的情况下，能够使从激光出射部射出的激光的出射方向总是平行于基准平面。

另外，除了上述结构a之外，还考虑以下的结构：所述平行光学部件设置在通过所述基准反射面反射后的激光行进的光路上，并且设置在与所述光束扩展光学系统相比更靠近所述基准反射面一侧，所述平行光学部件的所述激光光源一侧的焦点位置设定在通过所述基准反射面反射前的激光行进的光路上。所述反射光学部形成的所述基准反射面上的反射次数为k，在激光行进的光路上，以从所述平行光学部件的中心到所述基准反射面的间隔为m，且以从该基准反射面到所述平行光学部件的焦点位置的间隔为n，如果所述光束扩展光学系统的所述角倍率设定为(m+n)/4kn，则即使在旋转体的旋转姿态相对旋转轴倾斜的情况下，能够使从激光出射部射出的激光的出射方向总是平行于基准平面。

另外，除了上述结构a之外，还考虑以下的结构：所述光束扩展光学系统由一对透镜相对构成，以使相互的焦点位置相一致，该焦点位置设定为位于在通过所述基准反射面反射后的激光的行进的光路上。所述反射光学部形成的所述基准反射面上的反射次数为1，在激光行进的光路上，如果将从所述平行光学部件的中心到该焦点位置的间隔、与从该焦点位置到所述基准反射面的间隔的比设定为2比1，则即使在旋转体的旋转姿态相对旋转轴倾斜的情况下，利用简单的结构能够使从激光出射部射出的激光的出射方向总是平行于基准平面。

另外，除了上述结构a之外，还考虑以下的结构：在通过所述基准反射面反射后又被所述反射光学部反射后的激光行进的光路上，所述光束扩展光学系统设置在所述出射光轴上，所述平行光学部件设置在通过所述基准反射面反射后的激光行进的光路上，并且设置在与所述光束扩展光学系统相比更靠近所述基准反射面一侧，所述平行光学部件的所述激光光源一侧的焦点位置设定在通过所述基准反射面反射后的激光行进的光路上。所述反射光学部形成的所述基准反射面上的反射次数为1，在激光行进的光路上，以从所述平行光学部件的中心到该焦点位置的间隔为m’，且以从该焦点位置到所述基准反射面的间隔为n’，如果所述光束扩展光学系统的所述角倍率设定为m’/2n’，则即使在旋转体的旋转姿态相对旋转轴倾斜的情况下，能够使从激光出射部射出的激光的出射方向总是平行于基准平面。

另外，在所述激光出射部设置有使所经过所述出射光学系统的激光形成随着远离所述旋转轴向一方向扩展的扇形的柱面透镜，所述激光出射部经由柱面透镜射出三束扇形激光，在三束该扇形激光的剖面上，两束以彼此之间设置间隔而延伸，并且剩下的一束倾斜延伸以使其横跨一方的上端与另一方的下端(作为结构c)。在该情况下，能够通过行进方向平行于基准平面的激光形成比较适合倾斜角及高度的测量的所谓N字型的扇形光束。

另外，在所述激光出射部中，经由所述激光扩散光学系统的激光被所述各棱镜部件分割为三束，通过该被分割为三束的各激光经过对应的所述柱面透镜，形成彼此设置间隔且与所述旋转轴平行延伸的两束照射光线和在该两束照射光线之间倾斜延伸的照射光线。在该情况下，即使在旋转体的旋转姿态相对旋转轴倾斜的情况下，因为能够通过出射方向总是平行于基准平面的多束平行激光，来形成设定有规定位置关系的三束照射光线，所以能够容易地进行高低角的正确计算，且能高精度地进行倾斜角及高度的测量。

Claims (10)

1.一种旋转式激光出射装置，其包括：旋转体，其在设置于基台的旋转轴周围能够旋转地被支承；激光出射部，其用于沿与所述旋转轴正交的基准平面射出激光且被收容于所述旋转体，其特征在于，

在所述基台上设置有基准反射部，该基准反射部构成平行于所述基准平面的基准反射面，

所述激光出射部包括：激光光源，其能够射出所述激光；出射光学系统，其使从该激光光源射出的所述激光向平行于所述基准平面的出射方向射出，

在所述旋转体相对所述旋转轴倾斜并且所述激光的出射方向相对所述基准平面倾斜的情况下，

所述出射光学系统使从所述激光光源射出的所述激光向所述基准反射面射出，并且使被该基准反射面反射的所述激光向相对所述激光的出射光轴倾斜的方向射出，以抵消所述激光的所述出射方向的所述倾斜。

2.如权利要求1所述的旋转式激光出射装置，其特征在于：

该出射光学系统包括：

反射光学部，其使从所述激光光源射出的所述激光向所述基准反射面射出，并且使被该基准反射面反射的该激光向所述激光的出射光轴方向反射；

抵消光学部，其使被所述基准反射面反射的所述激光向相对所述激光的出射光轴倾斜的方向射出，以抵消所述激光的所述出射方向的所述倾斜。

3.如权利要求2所述的旋转式激光出射装置，其特征在于：

所述抵消光学部包括：

光束扩展光学系统，其将入射的光束作为平行光束射出；

平行光学部件，其使入射到该光束扩展光学系统的所述激光成为平行光束。

4.如权利要求3所述的旋转式激光出射装置，其特征在于：

所述光束扩展光学系统设置在被所述基准反射面反射后的所述激光行进的光路上，根据在从所述激光光源射出的所述激光行进的光路上的所述平行光学部件的设定位置和在所述基准反射面上的反射次数，来设定角倍率。

5.如权利要求1所述的旋转式激光出射装置，其特征在于：

所述基准反射部呈现为以所述旋转轴为中心的环状。

6.如权利要求1所述的旋转式激光出射装置，其特征在于：

在所述激光出射部上设置有柱面透镜，该柱面透镜使经过所述出射光学系统的所述激光形成随着远离所述旋转轴而扩展的扇形，

所述激光出射部经由所述柱面透镜射出至少两束扇形的所述激光，并使两该扇形的所述激光的正交剖面上的长度方向朝向互不相同的方向。

7.如权利要求6所述的旋转式激光出射装置，其特征在于：

在所述激光出射部上设置有分割光学部件，该分割光学部件用于将经过所述出射光学系统的所述激光分割为多束。

8.如权利要求7所述的旋转式激光出射装置，其特征在于：

所述分割光学部件为沿与所述旋转轴垂直的面并列且相互抵接的多个棱镜部件。

9.如权利要求6所述的旋转式激光出射装置，其特征在于：

经由所述柱面透镜射出的多束扇形的所述激光的各光轴设置为在所述旋转轴上的同一部位交叉。

10.一种旋转式激光出射装置，其包括：基台，其具有旋转轴及沿旋转轴延伸的并与旋转轴同轴的支承轴部；旋转体，其在旋转轴周围能够旋转地被支承；激光出射部，其用于沿与所述旋转轴正交的基准平面射出激光且被收容于所述旋转体，其特征在于，

在所述基台上设置有基准反射部，该基准反射部构成平行于所述基准平面的基准反射面，

所述激光出射部包括：激光光源，其能够射出所述激光；出射光学系统，将从该激光光源射出的所述激光向平行于所述基准平面的出射方向射出，

在所述旋转体相对所述旋转轴倾斜并且所述激光的出射方向相对所述基准平面倾斜的情况下，

所述出射光学系统使从所述激光光源射出的所述激光向所述基准平面射出，并且使被该基准反射面反射的所述激光向相对所述激光的出射光轴倾斜的方向射出，以抵消所述激光的所述出射方向的所述倾斜。

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