JP2000046554A

JP2000046554A - レーザ測量装置

Info

Publication number: JP2000046554A
Application number: JP21823498A
Authority: JP
Inventors: Eiichi Ito; 栄一伊藤
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1998-07-31
Filing date: 1998-07-31
Publication date: 2000-02-18
Anticipated expiration: 2018-07-31
Also published as: JP3619370B2

Abstract

(57)【要約】【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】弾性体からなる蛇腹状のカバー４３は、
２枚の略平行ガラス４１，４２によって封止されてお
り、カバー４３内部は液層４４が充填されている。略平
行ガラス４２を保持するガラス押さえ枠４６に形成され
たリードネジ保持部４６ｂは、リードネジ４８に螺合し
ている。モータ５１が回転されることにより、リードネ
ジ４８が回転し、これに伴い、リードネジ保持部４６ｂ
が図中Ｂ方向に進退移動される。これによって、液層４
４の頂角θの大きさが変化し、２枚の略平行ガラス４
１，４２を透過するレーザビームのビーム軸の向きは、
この頂角θの大きさに応じて屈折される。

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１２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１２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内に納められた鏡筒
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，コリメータレンズユニ
ット１０４，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８２ｂ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１２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。鏡筒８２の
上端部には、ペンタプリズム８９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。

【０００５】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。

【０００６】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。

【０００７】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。

【０００８】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。

【０００９】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。

【００１０】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。

【００１１】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を介してリンクされた膨出部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１０２によって検出される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Ｌ
₁₁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。

【００１２】

【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。

【００１３】また、チルトセンサ１０２，１０３は傾き
が変化すると、その測定値が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。

【００１４】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。

【００１５】

【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の光
路上に配置された略平板状の第１および第２透明部材
と、前記第１および第２透明部材によってその両開口縁
が封止された筒状の弾性部材と、前記弾性部材内に液体
が充填されることにより形成された液層と、前記第１お
よび第２透明部材を保持する鏡筒と、この鏡筒に保持さ
れた前記第１および第２透明部材の相対的傾斜角を、平
行を含む範囲で調整可能とする調整機構と、前記鏡筒の
水平面に対する傾斜角を検出するレベル検知器と、前記
レベル検知器によって検出された前記傾斜角の大きさに
応じて前記調整機構を制御し、前記第１透明部材と前記
第２透明部材のなす角の大きさを調整する制御手段とを
備える。

【００１６】すなわち、第１態様のレーザ測量装置で
は、弾性部材を第１および第２の透明部材によって封止
してその中に液体を充填したユニットを、レーザビーム
の光路上に配置している。そして、レベル検知器によっ
て検出された鏡筒の水平からの傾きの大きさに応じて、
各透明部材のなす角を変化させることによって、これら
各透明部材を透過するビーム軸の向きを変化させてい
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、各透明部材のなす角の大きさを変化させること
によってのみビーム軸の向きを調整しているので、鏡筒
全体の向きを変える必要がない。よって、レベル検知器
の測定値は整準作業を通じて常に一定であるので、従来
のように、整準作業を行う際にレベル検知器の測定値が
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。

【００１７】このような構成のレーザ測量装置を用いる
際には、前記弾性部材を蛇腹状の形状を有するものとし
てもよいし、前記液層を形成する液体をシリコーンオイ
ルとしてもよい。

【００１８】また、上記構成のレーザ測量装置は、前記
第１および第２透明部材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。

【００１９】さらに、上記構成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第１透明部材と前記第２透明部
材のなす角の大きさ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に基づいて算出する
ものであってもよい。

【００２０】このような構成のレーザ測量装置を採用す
れば、各透明部材のなす角の大きさを、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。

【００２１】また、本発明のレーザ測量装置の第２の態
様は、レーザ光源と、このレーザビームのビーム軸を中
心として回転可能に鏡筒内に保持されるとともに前記レ
ーザ光源から出射されたレーザビームを透過する第１楔
ガラスと、前記レーザビームのビーム軸を中心として回
転可能に鏡筒内に保持されるとともに前記第１楔ガラス
を透過したレーザビームを透過する第２楔ガラスと、前
記鏡筒内に保持された前記第１および第２楔ガラスを回
転させる回転機構と、前記鏡筒の水平面に対する傾斜角
を検出するレベル検知器と、前記レベル検知器によって
検出された前記傾斜角の大きさに応じて前記回転機構を
制御し、前記第１および第２楔ガラスを透過するレーザ
ビームの出射方向を調整する制御手段とを備える。

【００２２】すなわち、第２態様のレーザ測量装置は、
レーザビームの光路上に２枚の楔ガラスを配置し、各楔
ガラスを当該レーザビームの光路に直交する面内で回転
することによりレーザビームのビーム軸の向きを調整す
ることができる。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。

【００２３】このような構成のレーザ測量装置は、前記
第１および第２楔ガラス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。

【００２４】また、第２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第１および第２楔ガラスの回転を前
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
置の変化量に応じて制御するものであってもよい。

【００２５】上記各態様のレーザ測量装置を用いる際に
は、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。

【００２６】さらに、上記各態様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、前記レベル検知器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て前記反射部材
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
に対応していてもよい。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて、本発明の
実施形態を説明する。＜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。

【００２８】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の回転軸と一致）
に沿ったレーザビーム光路１４ｂと、このレーザビーム
光路１４ｂに直交するレーザビーム光路１４ａとが、形
成されている。また、回転投光部１５には、レーザビー
ム光路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ビーム光路１５ａ，およびこのレ
ーザビーム光路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。

【００２９】（レーザ出射光学系）鏡筒１４内のレーザ
ビーム光路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
ザダイオード２１が固定されている。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、レ
ーザダイオード２１側から、コリメータレンズ２２，ア
ナモプリズム２３，およびビーム軸調整部３３が固定さ
れている。また、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。

【００３０】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。

【００３１】アナモプリズム２３を透過したレーザビー
ムＬ₀は、光軸調整部３３を透過して、ビームスプリッ
タ２４に入射する（光軸調整部３３については、後に詳
述する）。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
残りのレーザビーム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。

【００３２】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。

【００３３】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
が反射する第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ビームを再度反射する第２反射面
２７ｂ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
においてレーザビームは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Ｌ₂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。

【００３４】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。

【００３５】（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（回転手段）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３
５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。

【００３６】（整準機構）前述したように、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Ｌ
₃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
整準機構について説明する。

【００３７】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に固定された各
部材の一部を示す図である。また、図３は、ビーム軸調
整部３３をビームスプリッタ２４側から見た正面図であ
り、図４は、図３のＡ−Ａ線に沿った断面図である。ビ
ーム軸調整部３３には、透明部材としての２枚の円形の
略平行ガラス４１，４２が互いに略平行となるように設
置されており、これら略平行ガラス４１，４２の周縁部
分は、環状のガラス押さえ枠４５，４６にはめ込まれて
いる。ガラス押さえ枠４５の、ガラス押さえ枠４６に対
向する開口縁には、略平行ガラス４１を保持するための
受け座４５ｄが形成されている。同様に、ガラス押さえ
枠４６のガラス押さえ枠４５に対向する開口縁には、略
平行ガラス４２を保持するための受け座４６ｄが形成さ
れている。

【００３８】カバー４３（弾性部材）は、弾性体からな
る蛇腹状の円筒形状を有しており、その両開口縁は、ガ
ラス押さえ枠４５，４６の受け座４５ｄ，４６ｄにそれ
ぞれ接着されることにより、封止されている。そして、
カバー４３の内部にはシリコーンオイルなどの液体が充
填されることにより、液層４４が形成されている。

【００３９】ガラス押さえ枠４５，４６の外周面上に
は、矩形板状のピン取付部４５ａ，４６ａが、各ガラス
押さえ枠４５，４６と一体に形成されている。ピン４７
は、その両端部が他の部分よりも細く形成されており、
ピン取付部４５ａ，４６ａを貫通するように取り付けら
れている。このため、各ピン取付部４５ａ，４６ａが形
成された部分における各ガラス押さえ枠４５，４６間の
距離は、ほぼ一定に保たれている。但し、各ピン取付部
４５ａ，４６ａは、ピン４７に対してこのピン４７の軸
方向に若干の範囲で移動可能となっている。

【００４０】また、ガラス押さえ枠４５の外周面上に
は、矩形板状の２つのリードネジ保持部４５ｂ，４５ｃ
がこのガラス押さえ枠４５と一体に形成されている。こ
れらリードネジ保持部４５ｂ，４５ｃおよびピン取付部
４５ａは、ガラス押さえ枠４５の外周面の３等分位置か
ら外方に突出するように、形成されている。そして、ガ
ラス押さえ枠４６のリードネジ保持部４５ｂに重なる外
周面上には、リードネジ保持部４６ｂが形成されてい
る。リードネジ保持部４６ｂには、ネジ孔４６ｅが形成
されており、このネジ孔４６ｅには、リードネジ４８が
ねじ込まれている。

【００４１】リードネジ４８は、他の部分よりも細く形
成され、かつ、雄ねじが切られていない端部４８ａを有
しており、この端部４８ａがリードネジ保持部４５ｂに
回転自在に挿通されている。リードネジ保持部４５ｂを
貫通した端部４８ａには、ストッパリング５５が嵌合さ
れているため、リードネジ４８は、リードネジ保持部４
５ｂから落脱しないように保持されている。そして、リ
ードネジ４８は、その先端に固定されたリードネジギア
５３，このリードネジギア５３に噛合するモータギア５
２を介して、リードネジ保持部４５ｂに固定されたモー
タ５１によって回転される。このモータ５１は、制御部
３５によって駆動制御されている。このモータ５１によ
るリードネジ４８の回転に伴い、リードネジ保持部４６
ｂがリードネジ４８の軸方向（図４のＢ方向）に沿って
移動される。このため、リードネジ保持部４５ｂ，４６
ｂが形成された部分における各略平行ガラス４２，４３
間の距離は変化される。また、リードネジ保持部４５
ｃ，４６ｃについても、リードネジ保持部４５ｂ，４６
ｂと同様の機構が設けられている。このため、リードネ
ジ保持部４５ｃが形成された部分における各略平行ガラ
ス４２，４３間の距離も、制御部３５によって変化され
る。

【００４２】図５に、モータ５１が回転されたときの光
軸調整部３３の様子を示す。上述したように、モータ５
１が回転されることによりリードネジ４８が回転し、こ
れに伴い、リードネジ保持部４６ｂがこのリードネジ４
８の軸に沿って移動する。このため、図５に示すよう
に、この部分における各略平行ガラス４１，４２間の距
離は小さくなる。一方、各ピン取付部４５ａ，４６ａが
形成された部分における各略平行ガラス４１，４２間の
距離は、ピン４７によって一定に保たれている。従っ
て、各略平行ガラス４１，４２は平行より若干の角度を
持って対向する状態となる。このとき、各略平行ガラス
４１，４２のなす角（すなわち液層４４の頂角）をθ゜
とし、液層４４の屈折率をｎ（但し、ｎ≒１．５）とす
る。そして、略平行ガラス４２に入射し、液層４４を透
過して略平行ガラス４１から出射されるレーザビームＬ
₀のビーム軸の偏角をθ’゜とすると、次式の関係が成
り立つ。 θ’＝（ｎ−１）θ ・・・（１）すなわち、液層４４の頂角θの大きさを制御することに
より、このビーム軸調整部３３を透過するレーザビーム
Ｌ₀のビーム軸の向きを変化させることができる。

【００４３】また、図１および図２に示すように、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ＰＳＤ
２９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ＰＳＤの各出力端子は制御部
３５に接続されている。

【００４４】また、鏡筒１４のレーザ光光路１４ｂの下
端部には、ｘ方向（紙面内での回転方向）の水平からの
傾きを検出するチルトセンサ３１（レベル検知器）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３１，３２は電解液が満
たされた気泡管内の気泡の位置変化を抵抗値変化として
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，
３２の上面には、それぞれ、２個の電極（図示せず）が
傾斜角の検出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設けられてい
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
抵抗値の比が変化する。各チルトセンサ３１，３２はこ
れら各電極を介して制御部３５に接続されており、各電
極に生じる抵抗値同士の比の変化に基づいて、鏡筒１４
の傾きの変化量が算出される。

【００４５】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。

【００４６】図６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６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゜の傾き相当変化する。

【００４７】すると、制御部３５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３５は、チルトセン
サ３１の測定値に基づいてレーザビームＬ₁のビーム軸
の傾斜量＋Δω゜を算出する。それに応じて、ビーム軸
調整部３３の各リードネジ保持部４５ｂ，４５ｃのモー
タ５１，５１が回転され、モータギア５２，５２および
リードネジギア５３，５３を介して連通されたリードネ
ジ４８，４８がそれぞれ回転されるため、リードネジ保
持部４６ｂ，４６ｃがリードネジ４８，４８の軸方向に
移動される。これにより、液層４４が形成する頂角θの
大きさが変化されるため、レーザビームＬ₁のビーム軸
の出射方向が調整される。図７に、液層４４の頂角θの
大きさが変化されることによって、レーザビームＬ₁の
ビーム軸が鉛直方向ｌ₀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、ビーム軸調整部３３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ＰＳＤ２９への入射位置の初
期値ａ₁からのズレ量ｂは、ｂ＝ｆ₂ｔａｎ（＋Δω゜）
となる。従って、制御部３３は、２次元ＰＳＤ２９から
出力されたレーザビームＬ₄の入射位置を常にモニタし
ながら各モータ５１，５１を駆動制御し、２次元ＰＳＤ
２９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ａ₁＋ｂ＝ａ₁＋ｆ₂ｔａｎ（＋
Δω゜）となるように、ビーム軸調整部３３の液層４４
の頂角θを変化させるのである。このときの液層４４の
頂角θは、（１）式より、 θ＝θ’／（ｎ−１）＝Δω／（ｎ−１）（但し、ｎは液層４４の屈折率）となるように変化される。これにより、レーザビームＬ
₁のビーム軸は、図６の状態から−Δω゜だけ傾斜され
て鉛直方向ｌ₀と一致する。従って、回転投光部１５か
ら出射されるレーザビームＬ₃のビーム軸が水平になる
よう調整される。

【００４８】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。

【００４９】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ビーム軸調整部３３の液層４４の
頂角θの大きさを調整することによりレーザビームＬ₁
の出射方向を調整している。また、ビーム軸調整部３３
を駆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、ビーム軸調整部３３によるビーム軸Ｌ₀の向
きの僅かな変化量を高精度に調整することができる。

【００５０】このように、本実施形態のレーザ測量装置
は、液層４４を封止した２枚の略平行ガラス４１，４２
の相対角度を変化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、整準の際に投光装置１１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３
１，３２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を安定させるための時
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。

【００５１】＜第２実施形態＞図８に本発明の第２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２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゜傾けて用い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６１は、レーザビームＬ₁のビーム軸方向が水平方
向ｌ₀’となるように、図１の状態に対してｘ方向に９
０゜傾けられた状態で固定されている。そして、第１実
施形態と同様、ｘ方向のチルトセンサ６１は、ビーム軸
調整部３３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６１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ａ₂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ｘ方向に＋
Δω゜ずれた場合には、制御部５３は、２次元ＰＳＤ２
９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ａ₂＋ｆ₂ｔａｎ（＋Δω）となるよ
うに、ビーム軸調整部３３の略平行ガラス４１に対する
略平行ガラス４２の角度を変化させて、レーザビームＬ
₀のビーム軸の方向を調整する。このようにして、レー
ザビームＬ₁のビーム軸を図９の状態より−Δω゜回転
させて、水平方向ｌ₀’を向かせる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実施形態と同様に液層４
４を封止した２枚の略平行ガラス４１，４２の相対角度
を変化させることによりレーザビームＬ₀のビーム軸の
方向が調整されるビーム軸調整部３３を用いて整準作業
を行っている。これにより、レーザビームＬ₀のビーム
軸の向きを鏡筒機械軸ｌ_z’に対して傾斜させて、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】＜第３実施形態＞図１１は、本発明の第３
実施形態のレーザ測量装置におけるビーム軸調整部６３
の構造を示す断面図である。本第３実施形態のレーザ測
量装置は、２枚の楔ガラスをコリメータレンズ２２の光
軸を中心としてそれぞれ回転させることによりレーザ光
Ｌ₀のビーム軸の向きを調整することにより整準作業を
行うことを特徴とし、その他の部分を第１および第２実
施形態と同一とする。

【００５６】鏡筒１４のレーザ光光路１４ａ内に固定さ
れたビーム軸調整部６３は、透明部材からなる箱形のケ
ーシング６６と、このケーシング６６内に保持された２
枚の楔ガラス６４，６５とから構成される。楔ガラス６
４，６５は、平行より僅かに角度を持って相対した平面
からなる光学素子であり、それらの入射面をレーザダイ
オード２１側に向けるように並べて配置されている。こ
れら各楔ガラス６４，６５は、コリメータレンズ２２の
光軸に垂直な面内で回転自在な状態でケーシング６６内
に保持されている。また、各楔ガラスの６４，６５の回
転軸は、コリメータレンズ２２の光軸と一致するよう
に、構成されている。これら各楔ガラス６４，６５の外
周部分には、ギア６７，６８がそれぞれ嵌合されてお
り、各ギア６７，６８はケーシング６６内に固定された
モータ６９，７０によって回転される。これら各モータ
６９，７０は制御部３５に接続されており、この制御部
３５によって各楔ガラス６４，６５の回転制御がなされ
ている。なお、本実施形態では、各ギア６７，６８およ
び各モータ６９，７０とを併せて、「回転機構」として
いる。

【００５７】このビーム軸調整部６３にレーザ光Ｌ₀が
入射されると、２枚の楔ガラス６４，６５を透過するこ
とによりこのレーザ光Ｌ₀のビーム軸が屈曲される。そ
して、制御部３５によって各楔ガラス６４，６５が回転
されると、ビーム軸調整部６３を透過するレーザビーム
Ｌ₀のビーム軸の向きが変化される。このようにして、
レーザビームＬ₀のビーム軸の向きを調整することによ
り、レーザビームＬ₁のビーム軸が鉛直方向ｌ₀に出射さ
れるよう調整することができる。

【００５８】以下、図２，６，７，および１１を用い
て、上記構成のビーム軸調整部６３を用いた本実施形態
のレーザ測量装置の整準方法を説明する。前述したよう
に、鏡筒１４の向きは、図示せぬ測定装置により、レー
ザビームＬ₃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、調整されている
（このとき、レーザ光Ｌ₁のビーム軸と鏡筒１４の機械
軸ｌ_zは完全に一致している）。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、制御部３５に記憶され
る。第１実施形態と同様に、このときのレーザビームＬ
₄の２次元ＰＳＤ２９への入射位置のＰＳＤ中心ａ₀から
の距離をａ₁とする。そして、図６に示すように、レー
ザビームＬ₁のビーム軸が鉛直方向ｌ₀に対して＋Δω゜
ずれた場合には、制御部３５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ａ₁＋ｆ₂ｔａｎ（＋Δω゜）となるように各
モータ６９，７０の回転制御を行い、各楔ガラス６４，
６５をコリメータレンズ２２の光軸に直交する面内で回
転させることにより、ビームスプリッタ２４に入射され
るレーザビームＬ₀のビーム軸の向きを調整する。この
ようにして、レーザビームＬ₁のビーム軸を図６の状態
より−Δω゜回転させて、鉛直方向ｌ₀を向かせるよう
に調整することができる（図７）。

【００５９】なお、ここでは、水平方向のレーザ走査を
行うために、図１のようにレーザ測量装置を鉛直に立て
て用いた場合の整準機構について説明したが、鉛直方向
へのレーザ走査を行う際にも、第２実施形態と同様にチ
ルトセンサ３１を図１の状態から９０゜回転された状態
で固定することにより、同様の整準作業を行うことがで
きる。

【００６０】

【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。

【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】本発明の第１実施形態によるレーザ測量装置
におけるビーム軸調整部３３の正面図

【図４】図３のＡ−Ａ線に沿った断面図

【図５】モータ５１を回転させたときのビーム軸調整
部３３の状態を示す断面図

【図６】図２の状態からレーザビームＬ₁のビーム軸
が＋Δω゜傾いた様子を示す図

【図７】図６の状態から整準作業が行われた様子を示
す図

【図８】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９】図８の状態からレーザビームＬ₁のビーム軸
が＋Δω゜傾いた様子を示す図

【図１０】図９の状態から整準作業が行われた様子を
示す図

【図１１】本発明の第３実施形態のレーザ測量装置に
おけるビーム軸調整部６３の構造を示す断面図

【図１２】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レーザダイオード２２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２９２次元ＰＳＤ３１，３２，６１，６２チルトセンサ３３，６３ビーム軸調整部３５，５３制御部４１，４２略平行ガラス４３カバー４４液層４５，４６ガラス押さえ枠４５ｂ，４６ｂリードネジ保持部４７ピン４８リードネジ５１モータ５２モータギア５３リードネジギア６４，６５楔ガラスＬ₁，Ｌ₂，Ｌ₃，Ｌ₄レーザビーム θ 頂角

Claims

【特許請求の範囲】

【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の光路上に
配置された略平板状の第１および第２透明部材と、前記第１および第２透明部材によってその両開口縁が封
止された筒状の弾性部材と、前記弾性部材内に液体が充填されることにより形成され
た液層と、前記第１および第２透明部材を保持する鏡筒と、この鏡筒に保持された前記第１および第２透明部材の相
対的傾斜角を、平行を含む範囲で調整可能とする調整機
構と、前記鏡筒の水平面に対する傾斜角を検出するレベル検知
器と、前記レベル検知器によって検出された前記傾斜角の大き
さに応じて前記調整機構を制御し、前記第１透明部材と
前記第２透明部材のなす角の大きさを調整する制御手段
とを備えるレーザ測量装置。
【請求項２】前記弾性部材は蛇腹状の形状を有している
請求項１記載のレーザ測量装置。
【請求項３】前記液層を形成する液体はシリコーンオイ
ルである請求項１記載のレーザ測量装置
【請求項４】前記第１および第２透明部材を透過したレ
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ないし請
求項３のいずれかに記載のレーザ測量装置。
【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第１透明部材と前記第２透明部材の
なす角の大きさ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に基づいて算出する請求
項１ないし請求項３のいずれかに記載のレーザ測量装
置。
【請求項６】レーザ光源と、このレーザビームのビーム軸を中心として回転可能に鏡
筒内に保持されるとともに前記レーザ光源から出射され
たレーザビームを透過する第１楔ガラスと、前記レーザビームのビーム軸を中心として回転可能に鏡
筒内に保持されるとともに前記第１楔ガラスを透過した
レーザビームを透過する第２楔ガラスと、前記鏡筒に保持された前記第１および第２楔ガラスを回
転させる回転機構と、前記鏡筒の水平面に対する傾斜角を検出するレベル検知
器と、前記レベル検知器によって検出された前記傾斜角の大き
さに応じて前記回転機構を制御し、前記第１および第２
楔ガラスを透過するレーザビームの出射方向を調整する
制御手段とを備えるレーザ測量装置。
【請求項７】前記第１および第２楔ガラスを透過したレ
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６記載のレ
ーザ測量装置。
【請求項８】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第１および第２楔ガラスの回転を前
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
置の変化量に応じて制御する請求項６記載のレーザ測量
装置。
【請求項９】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または請求項８に記載のレーザ測量装置。
【請求項１０】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
または請求項８に記載のレーザ測量装置。
【請求項１１】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または請
求項８に記載のレーザ測量装置。
【請求項１２】前記反射部材はペンタプリズムである請
求項４、７、１１のいずれかに記載のレーザ測量装置。
【請求項１３】前記レベル検知器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て前記反射
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４、７、１１、１２のいずれかに
記載のレーザ測量装置。