JP2000046552A - レーザ測量装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 整準のための構造を簡単にすることができ、
しかも整準作業を短時間で行うことができるレーザ測量
装置を提供する。 【解決手段】 光源であるレーザダイオード２１はレー
ザ光光路１４ａ端部に設置されており、ＬＤアクチュエ
ータ３４により、コリメータレンズ２２の光軸に平行な
面内で移動可能となっている。レーザダイオード２１か
ら出射され、ビームスプリッタ２４を透過したレーザビ
ームＬ₄は、集光レンズ２８により２次元ＰＳＤ２９上
に集光される。制御部は、レーザビームＬ₁のビーム軸
の鉛直方向を向いているときの、チルトセンサ３４の測
定値および２次元ＰＳＤ２９へのレーザビームＬ₄の入
射位置を記憶する。そして、レーザビームＬ₁のビーム
軸の鉛直からの傾きに応じてレーザダイオード２１の位
置を移動させることによりこのビーム軸の向きを調整す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザビームによ
る基準線を所定の面に対して水平方向または垂直方向に
投射するレーザ測量装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、土木、建築などの分野では、
水平線や垂直線の墨出しを行うためのレーザ測量装置
（いわゆるレーザプレーナ）が使用されている。このレ
ーザ装置はレーザ光を出射する投光部を回転させてこの
レーザ光を周方向に走査し、レーザ光の軌跡によって壁
面などの被投射面に垂直または水平方向の基準線を投射
するものである。

【０００３】図１１は、従来のレーザ測量装置の構成を
示す断面図である。この図１１は、水平方向へのレーザ
光走査を行うためにレーザ測量装置を鉛直方向に立てた
状態を示している。ハウジング８１内に納めされた鏡筒
８２は、レーザ測量装置の中心軸に沿ってその全体を貫
通する中空のレーザ光光路８２ｂとこのレーザ光光路８
２ｂから直角に分岐した中空のレーザ光光路８２ａとか
ら構成されている。レーザ光光路８２ａ内には、その端
面側からレーザダイオード８３，アナモプリズム８４が
固定されている。そして、レーザ光光路８２ａおよび８
２ｂの交点には、直角プリズム８５が固定されている。

【０００４】レーザ光光路８２ｂ内には、図１１におい
て直角プリズム８５から上方に向かって、前群レンズ８
６および後群レンズ８７が固定されている。

【０００５】鏡筒８２の上端部には、ペンタプリズム８
９が納められた略円筒状の回転投光部８８が、レーザ光
光路８２ｂに直交する面内で回転自在に固定されてい
る。この回転投光部８８の上端面および側方には、それ
ぞれ開口部が形成されている。

【０００６】このような構成のレーザ測量装置におい
て、レーザ光光路８２ａ端面に固定されたレーザダイオ
ード８３からレーザビームＬ₁₀が出射されると、そのレ
ーザビームＬ₁₀は直角プリズム８５において回転投光部
８８側に９０゜屈曲され、前群レンズ８６および後群レ
ンズ８７を透過してペンタプリズム８９に入射する。ペ
ンタプリズム８９に入射したレーザビームＬ₁₀は、第１
反射面８９ａおよびこの第１反射面に対して４５゜傾い
た第２反射面８９ｂによって漸次反射される。そして、
第１反射面８９ａおよび第２反射面８９ｂで反射された
レーザビームＬ₁₁は、光入射面８９ｄに対して直角をな
している光出射面８９ｃから出射される。

【０００７】また、第１反射面８９ａには部分反射膜が
形成されている。従って、一部のレーザビームＬ₁₂がこ
の第１反射面８９ａを透過し、この第１反射面８９ａ上
に固定された楔形プリズム９０を透過して回転投光部８
８上端面の開口部から出射される。

【０００８】そして、回転投光部８８がレーザ光光路８
２ｂに直交する面内で回転されることにより、レーザビ
ームＬ₁₁は、回転投光部８８の回転軸を中心に回転す
る。従って、この回転軸に直交する基準平面がレーザビ
ームＬ₁₁により形成される。また、回転投光部８８の上
端から出射されるレーザビームＬ₁₂は天井などに測量基
準点などを示すための基準スポットを形成する。

【０００９】このように、レーザ測量装置から出射され
たレーザビームＬ₁₁は、壁面などに基準平面を形成する
ため、正確に水平に出射される必要がある。同様に、天
井等に基準スポットを形成するレーザビームＬ₁₂も正確
に鉛直に出射される必要がある。よって、レーザ測量装
置の使用時には、レーザビームＬ₁₁が正確に水平方向に
出射されるように、整準作業を行う必要がある。

【００１０】以下、レーザビームＬ₁₁が正確に水平に出
射されるための整準機構を説明する。鏡筒８２の上端側
には、半球面形状を有する膨出部９１が形成されてお
り、ハウジング８１内に形成された摺動孔８１ａ内に当
接した状態で保持されている。鏡筒８２のハウジング８
１に対する保持は、この部分の接触によってのみなされ
ているので、摺動孔８１ａ内で膨出部９１の半球面部分
を回転させることにより、鏡筒８２全体をあらゆる方向
に傾動させることができる。

【００１１】また、ハウジング８１内には、レベル調整
用モータ９８によって回転されるスクリュー９７が設け
られている。このスクリュー９７には、ナット９９が螺
合されている。このナット９９はスクリュー９７の回転
に伴って上下動される。ナット９９の外面には、作動ピ
ン１０１が突出形成されている。作動ピン１０１には膨
出部９１に形成された駆動アーム９６と連通するピン１
００が接触しており、これにより、膨出部９１のＸ方向
（紙面内での回転方向）の回転が規制されている。

【００１２】さらに、鏡筒８２内において直角プリズム
８５の下方には、鏡筒８２のＸ方向の傾きを検出するＸ
方向のチルトセンサ１０３が固定されている。このチル
トセンサ１０３によって検知された傾きに応じてレベル
調整用モータ９８の回転制御が行われ、これによって、
スクリュー９７が回転される。するとこのスクリュー９
７の回転に伴ってナット９９が上下動され、作動ピン１
０１およびピン１００を介して連通された膨出部９１が
Ｘ方向に回転される。なお、Ｘ方向のチルトセンサの側
方には、Ｙ方向（図面中鉛直方向に沿って紙面に直交す
る面内での回転方向）の傾きを検出するＹ方向のチルト
センサ１０２が固定されている。また、図面中には示さ
れていないが、ハウジング８１内には、チルトセンサ１
０２によって検出されるＹ方向の傾きの大きさに応じ
て、膨出部９１のＹ方向の回転を規制するための機構も
Ｘ方向と同様に設けられている。このようにして、鏡筒
８２が常に鉛直方向を向くように、すなわち、レーザビ
ームＬ₁₁が常に水平に出射されるように調整される。従
って、レーザビームＬ₁₁は常に正確な基準面を形成する
ことができる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来のレーザ測量装置の構造では、レーザビー
ムＬ₁₁を水平に出射させるための整準作業は、レベル調
整用モータ９８やスクリュー９７，ナット９９等を用い
て鏡筒８２を傾けることにより行われている。このため
に、レーザ測量装置の構造が複雑になってしまうという
問題があった。

【００１４】また、鏡筒の傾きが変化すると、チルトセ
ンサ１０２，１０３の測定値は計測可能に安定するまで
一定の時間がかかる。このため、従来のように鏡筒８２
を傾けることによる調整を行った場合、鏡筒８２の傾き
が変化する度にチルトセンサ１０２，１０３の測定値が
安定するのを待たなければならない。このため、整準作
業を行うために長時間を要していた。

【００１５】そこで、整準のための構造を簡単にするこ
とができ、しかも整準作業を短時間で行うことができる
レーザ測量装置を提供することを、本発明の課題とす
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明のレーザ測量装置の第１の態様は、レーザ光
源と、前記レーザ光源から出射されたレーザビームを平
行ビームにするコリメータレンズと、前記コリメータレ
ンズを保持する鏡筒と、前記レーザ光源を前記レーザビ
ームのビーム軸に直交する面内で移動させるために前記
鏡筒に取り付けられたレーザ光源移動手段と、前記鏡筒
の水平面に対する傾斜角を検出する水平センサと、前記
水平センサによって検出された前記傾斜角の大きさに応
じて前記レーザ光源移動手段を駆動制御する制御手段と
を備える。

【００１７】すなわち、第１態様のレーザ測量装置は、
水平センサによって検出された鏡筒の水平からの傾きの
大きさに応じてレーザ光源の位置を変化させている。す
ると、コリメータレンズを透過した平行ビームのビーム
軸の向きを変化させることができる。従って、従来のよ
うに、鏡筒を傾ける複雑な整準機構を設ける必要がない
ため、レーザ測量装置の構造を簡素化することができ
る。また、第１態様のレーザ測量装置では、レーザ光源
の位置を移動させることによってのみビーム軸の向きを
調節しているので、レーザ測量装置全体の向きを変える
必要がない。よって、水平センサの測定値は常に一定で
あるので、従来のように、水平センサの測定値が安定す
るまでの時間を要しない。よって、整準作業の時間を短
縮することができる。

【００１８】また、上記課題を解決するための本発明の
レーザ測量装置の第２の態様は、レーザ光源と、前記レ
ーザ光源から出射されたレーザビームを平行ビームにす
るコリメータレンズと、前記コリメータレンズを保持す
る鏡筒と、前記コリメータレンズを前記レーザビームの
ビーム軸に直交する面内で移動させるために前記鏡筒に
取り付けられたコリメータレンズ移動手段と、前記鏡筒
の水平面に対する傾斜角を検出する水平センサと、前記
水平センサによって検出された前記傾斜角の大きさに応
じて前記レーザ光源移動手段を駆動制御する制御手段と
を備える。

【００１９】すなわち、第２態様のレーザ測量装置で
は、コリメータレンズの位置をレーザ光源に対して移動
させることによりビーム軸の向きの調整を行っている。
これにより、第１態様と同様、レーザ測量装置の構造を
簡素化することができ、しかも整準作業の時間を短縮す
ることができる。

【００２０】上記各態様のレーザ測量装置は、前記コリ
メータレンズを透過したレーザビームを９０゜偏向する
反射部材と、前記反射部材を回転させることによりこの
反射部材によって偏向されたレーザビームの出射方向を
一定平面内で回転させる回転手段とをさらに備えるもの
であってもよい。このとき、前記反射部材はペンタプリ
ズムであってもよい。

【００２１】また、上記態様のレーザ測量装置は、前記
レーザ光源から出射されたレーザビームを２以上の分離
したレーザビームに分割するビーム分割手段と、前記ビ
ーム分割手段によって分割されたレーザビームのうちの
１つを集光する集光レンズと、前記集光レンズの焦点面
上に配置され、前記集光レンズによって集光されたレー
ザビームの入射位置を検知する光位置検出手段とをさら
に備え、前記制御手段は前記レーザ光源またはコリメー
タレンズの移動量を前記光位置検出手段に入射した前記
レーザビームの入射位置の変化量から算出するものであ
ってもよい。

【００２２】このような構成のレーザ測量装置を採用す
れば、レーザ光源またはコリメータレンズの移動量を、
ビーム分割手段により分割されたビームの光位置検出素
子への入射位置の変化量に対応させて検出することがで
きる。よって、ビーム軸の向きをより精密に調整するこ
とができる。このとき、前記ビーム分割手段は入射光の
一部を透過するとともに残りを反射するビームスプリッ
タであってもよいし、前記光位置検出手段は２次元ポジ
ション・センシティブ・ディテクタ（ＰＳＤ）であって
もよい。

【００２３】上記構成のレーザ測量装置は、前記ビーム
分割手段によって分割されたレーザビームの他の１つを
９０゜偏向する反射部材と、前記反射部材を回転させる
ことによりこの反射部材によって偏向されたレーザビー
ムの出射方向を一定平面内で回転させる回転手段とをさ
らに備えるものであってもよい。このとき、前記反射部
材はペンタプリズムであってもよい。また、このとき、
前記水平センサによって検出される傾斜角は前記ビーム
分割手段によって分割され前記反射部材に入射するレー
ザビームのビーム軸の鉛直に対する傾きに対応するもの
であってもよい。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて、本発明の
実施の形態を説明する。

【００２５】＜第１実施形態＞図１は、本発明の第１実
施形態によるレーザ測量装置を構成する投光装置の構成
を示す断面図である。この図１は、水平方向へのレーザ
光走査を行うためにレーザ測量装置を鉛直方向に立てた
ときの投光装置の状態を示している。

【００２６】投光装置１１は、レーザ測量装置のハウジ
ング（図示せず）内に固定された鏡筒１４と、ベアリン
グ１９を介して鏡筒１４に回転自在かつ同軸に保持され
た回転投光部１５とから構成されている。鏡筒１４に
は、その機械軸ｌ_z（回転投光部１５の回転軸に一致）
に沿ったレーザ光光路１４ｂと、このレーザ光光路１４
ｂに直交するレーザ光光路１４ａとが、形成されてい
る。また、回転投光部１５には、レーザ光光路１４ｂに
連通するとともにその回転軸と同軸に形成された中空の
レーザ光光路１５ａ，およびこのレーザ光光路１５ａに
連通するとともに端面方向および側方に開口を有するペ
ンタプリズム収納部１５ｂが、形成されている。

【００２７】（レーザ出射光学系）鏡筒１４内のレーザ
光光路１４ａおよび１４ｂの交点には、ビーム分割手段
としてのビームスプリッタ２４が固定されている。ま
た、このレーザ光光路１４ａの一方の端部には、レーザ
光源移動手段としてのＬＤアクチュエータ３４が固定さ
れている。このＬＤアクチュエータ３４は、レーザ光光
路１４ａに対して垂直な面内で２次元的に移動されるよ
うに構成されたＸＹステージである。このＬＤアクチュ
エータ３４には、レーザダイオード２１が固定されてい
るため、このレーザダイオード２１は、レーザ光光路１
４ａに直交する面内で２次元的に移動可能となってい
る。

【００２８】また、このレーザダイオード２１とビーム
スプリッタ２４との間には、コリメータレンズ２２およ
びアナモプリズム２３が固定されている。さらに、回転
投光部１５のペンタプリズム収容部１５ｂには、ペンタ
プリズム２７および楔形プリズム３０が固定されてい
る。

【００２９】レーザ光源としてのレーザダイオード２１
は、レーザビームＬ₀を出射する。コリメータレンズ２
２は、レーザダイオード２１から出射されたレーザビー
ムＬ ₀を平行光にするレンズである。また、アナモプリ
ズム２３は、コリメータレンズ２２を透過したレーザビ
ームＬ₀の断面形状を真円形に修正するための光学素子
である。

【００３０】ビームスプリッタ２４内には、レーザビー
ムＬ₀のビーム軸に対してペンタプリズム２７側に４５
゜傾いた、部分透過膜２４ａが形成されている。この部
分透過膜２４ａは、７０〜８０％の反射率を有するた
め、レーザビームＬ₀の２０〜３０％を透過させるとと
もに残りのレーザ光を反射する特性を有している。従っ
て、アナモプリズム２３を透過したレーザビームＬ₀の
７０〜８０％がペンタプリズム２７側へ反射される。

【００３１】このビームスプリッタ２４を反射したレー
ザビームＬ₁は、レーザ光光路１４ｂ内に固定された前
群レンズ２５および後群レンズ２６に入射する。これら
前群レンズ２５および後群レンズ２６は、入射されたレ
ーザビームＬ₁のビーム径を拡大するビームエキスパン
ダを構成する。

【００３２】後群レンズ２６を透過したレーザビームＬ
₁が入射するペンタプリズム２７は、回転投光部１５の
ペンタプリズム収容部１５ｂ内に、この回転投光部１５
と一体に回転するように固定されている。このペンタプ
リズム２７は、レーザビームＬ₁が入射する光入射面２
７ｃと、この光入射面２７ｃに対して２２．５゜傾いて
いるとともにこの光入射面２７ｃから入射したレーザ光
を反射する第１反射面２７ａと、この第１反射面２７ａ
に対して４５゜傾いているとともにこの第１反射面２７
ａで反射されたレーザ光を再度反射する第２反射面２７
ｂと、光入射面２７ｃに対して直角をなしているととも
に第２反射面２７ｂで反射されたレーザビームＬ₃を出
射する光出射面２７ｄとを有している。なお、第２反射
面２７ｂには、図示せぬ増反射膜がアルミニウム蒸着に
よって形成されているので、この第２反射面２７ｂにお
いてレーザ光は１００％内面反射する。一方、第１反射
面２７ａには、反射率が７０〜８０％の部分透過膜が形
成されている。従って、２０〜３０％のレーザビームＬ
₂がこの第１反射面２７ａを透過し、楔形プリズム３０
を通って投光装置１２の上端から出射される。

【００３３】ペンタプリズム２７の光出射面２７ｄから
出射されたレーザビームＬ₃は、ペンタプリズム収容部
１５ｂの側方に開口した投光用窓１５ｃ，および図示せ
ぬハウジングの窓を透過して出射される。このようにし
て出射されたレーザビームＬ ₃は、回転投光部１５ごと
ペンタプリズム２７がレーザビームＬ₁に直交する面内
で回転することにより、壁面などに垂直または水平方向
の基準線を投射する。

【００３４】（回転機構）次に、回転投光部１５を鏡筒
１４に対して回転させるための機構を説明する。ベアリ
ング１９を介して鏡筒１４に対して回転自在に接続され
た回転投光部１５の外周面には、ギア３５が固定されて
いる。一方、鏡筒１４の上端面には、外方に向けて突出
させたブラケット３６が設けられている。このブラケッ
ト３６には、投光部回転用モータ３７が固定されてお
り、この投光部回転用モータ３７の回転軸に取り付けら
れたピニオン３８が回転投光部１５のギア３５に噛み合
っている。この投光部回転用モータ３７を回転させるこ
とにより、投光用窓１５ｃから出射されるレーザ光Ｌ₃
の出射方向が回転投光部１５の回転軸を中心に回転する
ので、この回転軸に直交する基準平面が形成される。

【００３５】（整準機構）図２は、図１のレーザ測量装
置１０における整準機構を説明するための、鏡筒１４内
に固定された各部材の一部を示す図である。上述のよう
に、レーザビームＬ₃によって壁面などに垂直または水
平方向の基準線を投射するためには、レーザビームＬ₃
の出射方向が正確に調整されている必要がある。例え
ば、図１の状態においては、水平方向の基準線を投射す
るレーザビームＬ₃が正確に水平に投射されなければな
らない。以下、このようなレーザビームＬ₃の出射方向
を調整するための整準機構を、図１および図２を用いて
説明する。

【００３６】鏡筒１４のレーザ光光路１４ａのレーザダ
イオード２１に対向する端面には、光位置検出手段とし
ての２次元ポジション・センシティブ・ディテクタ（以
下、「ＰＳＤ」という）２９が、その受光面をビームス
プリッタ２４側に向けて固定されている。また、レーザ
光光路１４ａ内の２次元ＰＳＤ２９とビームスプリッタ
２４との間には、集光レンズ２８が固定されている。こ
の集光レンズ２８と２次元ＰＳＤ２９との間の距離は、
集光レンズ２８の焦点距離ｆ₂に等しい。よって、レー
ザダイオード２１から出射され、ビームスプリッタ２４
に入射したレーザビームＬ₀のうち、部分透過膜２４ａ
を透過した２０〜３０％のレーザビームＬ₄は、集光レ
ンズ２８を透過して２次元ＰＳＤ２９上に集光される。
２次元ＰＳＤ２９は、光の入射位置を検出する機器であ
る。２次元ＰＳＤへのレーザビームＬ₄の入射位置は、
この２次元ＰＳＤ２９の各出力端子から出力される電流
比に基づいて算出される。なお、この２次元ＰＳＤ２９
の各出力端子は制御部３３に接続されている。

【００３７】また、鏡筒１４のレーザ光光路１４ｂの下
端部には、ｘ方向（図２の紙面内での回転方向）におけ
る水平からの傾きを検出するチルトセンサ３１（水平セ
ンサ）が固定されている。そして、チルトセンサ３１の
側方には、ｙ方向（鉛直方向ｌ₀に沿って紙面に直交す
る面内での回転方向）の水平からの傾きを検出するチル
トセンサ３２が固定されている。チルトセンサ３１，３
２は気泡管内の気泡の位置変化を電気抵抗変化としてと
らえて電気信号に変換することにより水平からの傾きを
検出するものである。すなわち、チルトセンサ３１，３
２の上面には、それぞれ２個の電極（図示せず）がｘ方
向またはｙ方向に対象な位置関係で設けられているとと
もに、その下面全域には共通の電極が受けられている。
従って、各チルトセンサ３１，３２内で気泡の位置が変
化するとこれら上面上の各電極と共通電極との間の静電
容量の比が変化する。各チルトセンサ３１，３２はこれ
ら各電極を介して制御部３３に接続されており、各電極
に生じる静電容量同士の比の変化から鏡筒１４の傾きの
変化量が算出される。さらに、レーザダイオード２１の
位置を移動させるためのＬＤアクチュエータ３４も制御
部３３に接続されている。

【００３８】図２の状態では、図示せぬ測定装置が用い
られることにより、レーザビームＬ ₃が正確に水平に出
射され、レーザビームＬ₁が鉛直方向ｌ₀に出射されるよ
うに、鏡筒１４の向きが調整されているものとする。な
お、このとき、レーザビームＬ₁のビーム軸と、鏡筒１
４の機械軸ｌ_zは完全に一致しているものとする。この
ときのチルトセンサ３１，３２の測定値，およびレーザ
ビームＬ₄の２次元ＰＳＤ２９への入射位置は、初期値
として制御部３３へ記憶される。このときの、レーザビ
ームＬ₄の２次元ＰＳＤ２９への入射位置のＰＳＤ中心
座標ａ₀からのｘ方向における距離をａ₁とする。ここ
で、鏡筒機械軸ｌ_zと鉛直方向ｌ₀とは完全に一致した状
態であるので、各チルトセンサ３１，３２による測定値
は、鏡筒１４の機械軸ｌ_zが鉛直であるときの値を示す
が、鏡筒機械軸ｌ_zとレーザビームＬ₁のビーム軸との位
置関係によっては、この測定値が必ずしも鉛直時の値を
示す必要はない。

【００３９】図３は、図２の状態からペンタプリズム２
７の光出射面２７ｄから出射されたレーザビームＬ₃の
ビーム軸が水平からｘ方向に＋Δω゜傾いたとき、すな
わちレーザビームＬ₁のビーム軸が鉛直から＋Δω゜傾
いた状態を示している（図３のｘ方向において、時計方
向の向きを＋としている）。このとき、鏡筒１４の機械
軸ｌ_zも同様に図２の状態から鉛直方向ｌ₀に対して＋Δ
ω゜傾いた状態となっているため、チルトセンサ３１の
測定値も初期値から＋Δω゜の傾きに相当する値だけ変
化する。

【００４０】すると、制御部３３によりチルトセンサ３
１の測定値が読み込まれる。制御部３３は、チルトセン
サ３１の測定値からレーザビームＬ₁のビーム軸の傾斜
量＋Δω゜を算出する。それに応じて、ＬＤアクチュエ
ータ３４が駆動制御され、レーザビームＬ₁のビーム軸
が鉛直になるように、レーザダイオード２１が、ｘ方向
（すなわち図面の上下方向）に１次元的に移動される。
図４に、レーザダイオード２１が移動されることによっ
て、レーザビームＬ₁のビーム軸が鉛直になるように調
整された様子を示す。レーザビームＬ₁が鉛直方向ｌ₀に
出射されるよう調整するためには、レーザダイオード２
１から出射されるレーザビームＬ₀のビーム軸を、コリ
メータレンズ２２の光軸に対して＋Δω゜だけ傾斜させ
る必要がある。レーザビームＬ₀のビーム軸が、コリメ
ータレンズ２２の光軸に対して＋Δω゜傾斜されたと
き、ｘ方向におけるレーザビームＬ₄の２次元ＰＳＤ２
９への入射位置の初期値ａ₁からのズレ量ｂは、ｂ＝ｆ₂
ｔａｎ（＋Δω゜）となる。従って、制御部３３は、２
次元ＰＳＤ２９によって測定されたレーザビームＬ₄の
入射位置を常にモニタしながらＬＤアクチュエータ３４
を駆動制御し、２次元ＰＳＤ２９に入射するレーザビー
ムＬ₄の入射位置の中心座標ａ₀からのｘ方向のズレがａ
₁＋ｂ＝ａ₁＋ｆ₂ｔａｎ（＋Δω゜）となるように、レ
ーザダイオード２１の位置を移動させるのである。この
ときのレーザダイオードの移動量ｃ₁は、ｃ₁＝ｆ₁ｔａ
ｎ（＋Δω）（但し、ｆ₁はコリメータレンズの焦点距
離）で表される。これにより、レーザビームＬ₁のビー
ム軸は、図３の状態から−Δω゜だけ傾斜されて鉛直方
向ｌ₀を向くようになる。従って、回転投光部１３から
出射されるレーザビームＬ₃のビーム軸が水平になるよ
う調整される。

【００４１】なお、ここでは、チルトセンサ３１によっ
て検出される、レーザビームＬ₁のビーム軸の傾きのｘ
方向の調整のみについて説明したが、チルトセンサ３２
によって検出されるｙ方向のビーム軸の調整も、同様に
して行われる。

【００４２】すなわち、本実施形態のレーザ測量装置で
は、レーザビームＬ₃によって形成される基準平面の水
平からの傾きに応じてレーザダイオード２１の位置を調
整することによりレーザビームＬ₃の出射方向を調整し
ている。また、レーザダイオード２１の位置を移動させ
たときの各ビーム軸の向きの変化を、コリメータレンズ
２２の光軸上に設置した２次元ＰＳＤ２９へのレーザビ
ームＬ₄の入射位置によって監視している。このため、
レーザダイオード２１の僅かな移動量を高精度に調整す
ることができる。

【００４３】このように、本実施形態のレーザ測量装置
は、レーザダイオード２１を同一平面内で移動させるこ
とにより整準を行っているので、従来のように鏡筒全体
を傾けるための複雑な構造を必要としない。このため、
レーザ測量装置の構造を簡単にすることができる。ま
た、本実施形態のレーザ測量装置は、整準の際に鏡筒１
１をハウジングに対して傾ける必要がないため、整準作
業の途中でチルトセンサ３１，３２の測定値が変化する
こともない。よって、従来のように、チルトセンサの測
定値が安定するための時間を必要としないので、整準作
業を短時間に行うことができる。

【００４４】＜第２実施形態＞本実施形態のレーザ測量
装置は、レーザダイオード２１の位置を移動させる代わ
りにコリメータレンズ２２の位置を移動させることによ
ってレーザビームＬ₁のビーム軸の向きを調整して整準
を行うことを特徴とし、他の部分を第１実施形態と同一
とする。

【００４５】図５に、第２実施形態のレーザ測量装置に
おける整準機構およびレーザ出射光学系の一部を示す。
この図５は、図示せぬ測定装置が用いられることによ
り、ペンタプリズム２７の光出射面２７ｄから出射され
るレーザビームＬ₃のビーム軸が水平となるように調整
されている状態、すなわちレーザビームＬ₁のビーム軸
が鉛直方向ｌ₀を向くように調整されている状態を示
す。レーザ光源としてのレーザダイオード４１は、レー
ザ光光路１４ａの端部に固定されている。レーザダイオ
ード４１とビームスプリッタ２４との間には、コリメー
タレンズ移動手段としてのコリメータレンズアクチュエ
ータ４４が固定されている。コリメータレンズアクチュ
エータ４４はレーザ光光路１４ａに対して垂直な面内で
移動されるＸＹステージである。このコリメータレンズ
アクチュエータ４４には、コリメータレンズ４２が固定
されているため、このコリメータレンズ４２は、レーザ
光光路１４ａに直交する面内で２次元的に移動可能とな
っている。

【００４６】制御部４３は、チルトセンサ３１，３２，
２次元ＰＳＤ２９，およびコリメータレンズアクチュエ
ータ４４に接続されており、チルトセンサ３１，３２か
ら出力された信号からレーザビームＬ₁のビーム軸の鉛
直方向ｌ₀からの傾きを計算し、この傾きの量に応じて
コリメータレンズアクチュエータ４４を駆動制御してコ
リメータレンズ４２の位置を移動させる。このとき、制
御部４３は、レーザビームＬ₄の２次元ＰＳＤ２９への
入射位置を監視し、この入射位置の移動量がコリメータ
レンズ４２の移動されるべき量に相当するように、コリ
メータレンズアクチュエータ４４の駆動制御を行ってい
る。

【００４７】以下、本実施形態のレーザ測量装置の整準
機構の動作を説明する。まず、図５の状態ではレーザビ
ームＬ₁のビーム軸は鉛直方向ｌ₀を向くように調整され
ている。第１実施形態と同様、このとき、レーザビーム
Ｌ₁のビーム軸と鏡筒１４の機械軸ｌ_zとは完全に一致し
ているものとする。このときのチルトセンサ３１，３２
の測定値，およびレーザビームＬ₄の２次元ＰＳＤ２９
への入射位置は、初期値として制御部４３へ記憶され
る。このときの、レーザビームＬ₄の２次元ＰＳＤ２９
への入射位置のＰＳＤ中心ａ₀からのｘ方向の距離をａ₂
とする。図６は、ペンタプリズム２７から出射されるレ
ーザビームＬ₃のビーム軸が図５の状態からｘ方向に＋
Δω゜傾いたとき、すなわち、レーザビームＬ₁のビー
ム軸が鉛直方向ｌ₀に対してｘ方向に＋Δω゜傾いた状
態を示している。このとき、鏡筒１４の機械軸ｌ_zも同
様に、鉛直方向ｌ₀に対してｘ方向に＋Δω゜傾いた状
態であるため、チルトセンサ３１の測定値も＋Δω゜相
当変化する。

【００４８】すると、制御部４３によりチルトセンサ３
１の測定値が読み込まれる。制御部４３は、チルトセン
サ３１の測定値からレーザビームＬ₁の鉛直方向ｌ₀に対
する傾斜量（＋Δω゜）を算出する。それに応じて、コ
リメータレンズアクチュエータ４４が駆動制御される。
すなわち、ビームスプリッタ２４の部分透過膜２４ａへ
のレーザビームＬ₀の入射角が図６の状態に対して＋Δ
ω゜だけ小さくなるように、コリメータレンズ４２の位
置が移動される。

【００４９】図７に、コリメータレンズアクチュエータ
４４によってコリメータレンズ４２の位置が移動された
様子を示す。レーザビームＬ₁が鉛直方向に出射される
ためには、部分透過膜２４ａに入射するレーザビームＬ
₀のビーム軸の向きを、集光レンズ２８の光軸に対して
＋Δω゜だけ傾斜させる必要がある。レーザビームＬ ₀
のビーム軸の向きが＋Δω゜傾斜されると、部分透過膜
２４ａを透過して２次元ＰＳＤ２９に入射するレーザビ
ームＬ₄のビーム軸も＋Δω゜だけ傾斜される。このと
き、集光レンズ２８によって集光されたレーザビームＬ
₄の２次元ＰＳＤ２９への入射位置の初期値ａ₂からの変
化量ｂは、ｂ＝ｆ₂ｔａｎ（＋Δω゜）となる。従っ
て、制御部４３は、２次元ＰＳＤ２９から出力されたレ
ーザビームＬ₄の入射位置を常に監視しながらコリメー
タレンズアクチュエータ４４を駆動制御する。これによ
り、２次元ＰＳＤ２９に入射するレーザビームＬ₄の入
射位置のｘ方向の座標のＰＳＤ中心ａ₀からのズレ量が
ａ₂＋ｂ＝ａ₂＋ｆ₂ｔａｎ（＋Δω゜）となるように、
コリメータレンズ４２の位置がｘ方向に沿って移動され
るのである。このときの、コリメータレンズ４２の移動
量ｃ₂は、ｃ₂＝ｆ₁ｔａｎ（＋Δω゜）で表される。こ
のようにして、レーザビームＬ₁のビーム軸が鉛直方向
ｌ₀となり、回転投光部１５から出射されるレーザビー
ムＬ₃のビーム軸が水平となるように調整される。

【００５０】このように、本実施形態では、ビームスプ
リッタ２４を透過するレーザビームＬ₄の２次元ＰＳＤ
２９への入射位置を常に監視しながら、コリメータレン
ズ４２の位置を移動させることにより、整準作業を行っ
ている。従って、第１実施形態と同様、レーザ測量装置
の構造を従来よりも簡単にすることができる。また、本
実施形態のレーザ測量装置は、第１実施形態と同様、整
準作業を従来よりも短時間で行うことができる。

【００５１】＜第３実施形態＞図８に本発明の第３実施
形態におけるレーザ測量装置の整準機構およびレーザ出
射光学系の一部を示す。本第３実施形態は、鉛直方向に
レーザ走査するために、鏡筒１４を図１の状態に対して
９０゜回転させて用いられる場合に適用される。

【００５２】ｘ方向（紙面内での回転方向）のチルトセ
ンサ５１は、レーザビームＬ₁のビーム軸方向が水平方
向となるように、図１の状態に対してｘ軸方向に９０゜
回転された状態で固定されている。そして、第１実施形
態と同様、チルトセンサ５１は、ＬＤアクチュエータ３
３や２次元ＰＳＤ２９とともに制御部５３に接続されて
いる。

【００５３】以下、本実施形態のレーザ測量装置の整準
機構の動作を説明する。まず、制御部５３は、図８のよ
うに、レーザ光Ｌ₁のビーム軸が水平方向ｌ₀’となるよ
うに調整されているときの、チルトセンサ５１の測定値
と２次元ＰＳＤ２９へのレーザビームＬ₄の入射位置を
記憶する。なお、このとき、レーザビームＬ₁のビーム
軸と鏡筒１４の機械軸ｌ_z’とは完全に一致しているも
のとする。このとき、レーザビームＬ₄の２次元ＰＳＤ
２９への入射位置のＰＳＤ中心ａ₀からのｘ方向におけ
る距離をａ₃とする。そして、図９に示すように、レー
ザビームＬ₁のビーム軸が水平方向ｌ₀’から＋Δω゜ず
れた場合には、２次元ＰＳＤ２９へのレーザビームＬ₄
のｘ方向の入射位置のＰＳＤ中心ａ₀からの距離がａ₃＋
ｆ₂ｔａｎ（＋Δω）となるように、ＬＤアクチュエー
タ３３を駆動させてレーザダイオード２１の位置を移動
させる。このようにして、レーザビームＬ₁のビーム軸
が図９の状態より−Δω゜移動されて水平方向ｌ₀’を
向くように調節することができる（図１０参照）。

【００５４】このように、本実施形態では、鉛直方向の
レーザ走査を行うために、レーザ測量装置を水平方向に
向けて使用する場合でも、第１実施形態と同様にレーザ
ダイオード２１の位置を移動させることにより、レーザ
ビームＬ₀のビーム軸の向きを傾斜させて、レーザビー
ムＬ₁のビーム軸が水平になるように調整することがで
きる。

【００５５】

【発明の効果】本発明によれば、複雑な整準機構を必要
とせず、レーザ測量装置の構造を簡素化することができ
る。また、整準作業を短時間で行うことができるレーザ
測量装置を提供することができる。

【００５６】

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施形態によるレーザ測量装置
の構造を示す断面図

【図２】 本発明の第１実施形態によるレーザ測量装置
の整準機構を説明するための図

【図３】 図２においてレーザビームＬ１のビーム軸が
＋Δω゜傾いた状態を示す図

【図４】 図３の状態において整準作業が行われた状態
を示す図

【図５】 本発明の第２実施形態によるレーザ測量装置
の整準機構を説明するための図

【図６】 図５においてレーザビームＬ１のビーム軸が
＋Δω゜傾いた状態を示す図

【図７】 図６の状態において整準作業が行われた状態
を示す図

【図８】 本発明の第３実施形態によるレーザ測量装置
の整準機構を説明するための図

【図９】 図８においてレーザビームＬ１のビーム軸が
＋Δω゜傾いた状態を示す図

【図１０】 図９の状態において整準作業が行われた状
態を示す図

【図１１】 従来技術のレーザ測量装置の構造を示す断
面図

【符号の説明】

２１，４１ レーザダイオード ２２，４２ コリメータレンズ ２４ ビームスプリッタ ２７ ペンタプリズム ２８ 集光レンズ ２９ ２次元ＰＳＤ ３１，３２，５１，５２ チルトセンサ ３３，４３，５３ 制御部 ３４ ＬＤアクチュエータ ４４ コリメータレンズアクチュエータ Ｌ₀，Ｌ₁，Ｌ₃，Ｌ₄ レーザ光 ｌ₀ 鉛直方向 ｌ₀’ 水平方向 ｌ_z 鏡筒機械軸

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザ光源と、 前記レーザ光源から出射されたレーザビームを平行ビー
   ムにするコリメータレンズと、 前記コリメータレンズを保持する鏡筒と、 前記レーザ光源を前記レーザビームのビーム軸に直交す
   る面内で移動させるために前記鏡筒に取り付けられたレ
   ーザ光源移動手段と、 前記鏡筒の水平面に対する傾斜角を検出する水平センサ
   と、 前記水平センサによって検出された前記傾斜角の大きさ
   に応じて前記レーザ光源移動手段を駆動制御する制御手
   段とを備えるレーザ測量装置。
2. 【請求項２】レーザ光源と、 前記レーザ光源から出射されたレーザビームを平行ビー
   ムにするコリメータレンズと、 前記コリメータレンズを保持する鏡筒と、 前記コリメータレンズを前記レーザビームのビーム軸に
   直交する面内で移動させるために前記鏡筒に取り付けら
   れたコリメータレンズ移動手段と、 前記鏡筒の水平面に対する傾斜角を検出する水平センサ
   と、 前記水平センサによって検出された前記傾斜角の大きさ
   に応じて前記コリメータレンズ移動手段を駆動制御する
   制御手段とを備えるレーザ測量装置。
3. 【請求項３】前記コリメータレンズを透過したレーザビ
   ームを９０゜偏向する反射部材と、 前記反射部材を回転させることによりこの反射部材によ
   って偏向されたレーザビームの出射方向を一定平面内で
   回転させる回転手段とをさらに備える請求項１または請
   求項２に記載のレーザ測量装置。
4. 【請求項４】前記反射部材はペンタプリズムである請求
   項３記載のレーザ測量装置。
5. 【請求項５】前記レーザ光源から出射されたレーザビー
   ムを２以上の分離したレーザビームに分割するビーム分
   割手段と、前記ビーム分割手段によって分割されたレー
   ザビームのうちの１つを集光する集光レンズと、前記集
   光レンズの焦点面上に配置され、前記集光レンズによっ
   て集光されたレーザビームの入射位置を検知する光位置
   検出手段とをさらに備え、 前記制御手段は前記レーザ光源またはコリメータレンズ
   の移動量を前記光位置検出手段に入射した前記レーザビ
   ームの入射位置の変化量から算出する請求項１または請
   求項２に記載のレーザ測量装置。
6. 【請求項６】前記ビーム分割手段は入射光の一部を透過
   するとともに残りを反射するビームスプリッタである請
   求項５記載のレーザ測量装置。
7. 【請求項７】前記光位置検出手段は２次元ポジション・
   センシティブ・ディテクタ（ＰＳＤ）である請求項５記
   載のレーザ測量装置。
8. 【請求項８】前記ビーム分割手段によって分割されたレ
   ーザビームの他の１つを９０゜偏向する反射部材と、 前記反射部材を回転させることによりこの反射部材によ
   って偏向されたレーザビームの出射方向を一定平面内で
   回転させる回転手段とをさらに備える請求項５記載のレ
   ーザ測量装置。
9. 【請求項９】前記反射部材はペンタプリズムである請求
   項８記載のレーザ測量装置。
10. 【請求項１０】前記水平センサによって検出される傾斜
    角は前記ビーム分割手段によって分割され前記反射部材
    に入射するレーザビームのビーム軸の鉛直に対する傾き
    に対応する請求項８または請求項９に記載のレーザ測量
    装置。