JP2000221034A

JP2000221034A - レーザ測量装置

Info

Publication number: JP2000221034A
Application number: JP11023394A
Authority: JP
Inventors: Eiichi Ito; 栄一伊藤
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1999-02-01
Filing date: 1999-02-01
Publication date: 2000-08-11

Abstract

(57)【要約】【課題】整準のための光軸調整構造を簡単にすること
ができ、しかも低消費電力にて使用可能なレーザ測量装
置を、提供する。【解決手段】レーザ光源からのレーザビームのための
入射窓１０ａ，出射窓１０ｂを備えた封入容器１０に、
液体状金属１２及びこれに不溶な透明液体１１を封入し
て水平面形成装置５を構成する。レーザビームは、液体
状金属１２と透明液体１１の境界（水平面１３）によっ
て反射され、出射窓１０ｂから出射し、反射手段６によ
って反射され、ビームエキスパンダ７によってそのビー
ム径を拡大された後、回転するペンタプリズム１６に入
射され、プレーンビームを形成する。装置が傾いて設置
された場合でも、水平面形成装置５とビームエキスパン
ダ７により、光軸調整が行われ、プレーンビームは常に
水平となる。

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又は垂直方向に投
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、レーザビームを出射する投光部を回転させ
てこのレーザビームを周方向に走査し、レーザビームの
軌跡によって壁面などの被投射面に垂直又は水平方向の
基準線を投射するものである。

【０００３】図８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８は、水平方向へのレーザビー
ム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内には、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ビーム光路８２ｂと、このレー
ザビーム光路８２ｂから直角に分岐した中空のレーザビ
ーム光路８２ａとが形成されている。レーザビーム光路
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
ビーム光路８２ａ及び８２ｂの交点には、直角プリズム
８５が固定されている。

【０００４】レーザビーム光路８２ｂ内には、図８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
８６及び後群レンズ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、レーザビーム光路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８
８の上端面及び側方には、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、レーザビーム光路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°反射され、前群レンズ８６及び後群
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は、第１反
射面８９ａ及び該第１反射面８９ａに対して４５°傾い
た第２反射面８９ｂによって順次反射され、光入射面８
９ｄと直角をなす光出射面８９ｃから、レーザビームＬ
₁₁として出射する。

【０００６】また、第１反射面８９ａには部分反射膜が
形成されているので、一部のレーザビームＬ₁₂がこの第
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８８上端面の開口部から出射する。そ
して、回転投光部８８がレーザビーム光路８２ｂに直交
する面内で回転することにより、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の上端から出射する
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。

【０００７】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
井など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。

【０００８】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の上部側
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内に形成されたスリバチ状の隔壁の
中央に穿たれた摺動孔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８１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。

【０００９】なお、図８の紙面内での回転方向をＸ方向
とし、図面中鉛直方向に沿って紙面に直交する面内での
回転方向をＹ方向とすると、ハウジング８１の隔壁に
は、Ｘ方向及びＹ方向を夫々向いた２本のスリットが、
摺動孔８１ａから放射状に、形成されている。そして、
膨出部９１の上方からは、Ｘ方向及びＹ方向に向けてそ
れぞれ延びた２本の駆動アーム９６が突出形成されてい
る（図８ではＸ方向の駆動アーム９６のみを示す）。こ
れら駆動アーム９６がそれぞれスリットに挿し込まれる
ことにより、鏡筒８２の軸回りの回転が規制されてい
る。

【００１０】また、ハウジング８１内には、レベル調整
用モータ９２により駆動されて回転するスクリュー９３
が設けられている。このスクリュー９３には、ハウジン
グ８１に対する相対回転を規制されたナット９４が螺合
しており、該ナット９４はスクリュー９３の回転に伴っ
て上下動する。ナット９４の外面には、作動ピン９５が
突出形成されており、この作動ピン９５には駆動アーム
９６と連通するピン９７が接触している。なお、鏡筒８
２は、スプリング９８によって図の時計方向に回転付勢
されているので、ピン９７は常に作動ピン９５に接触し
た状態で追随動作する。これにより、膨出部９１のＸ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９９が固定されている。このチルト
センサ９９によって検知された傾きに応じて、図示せぬ
制御回路が、レベル調整用モータ９２の回転制御を行
う。これにより、スクリュー９３が回転してナット９４
が上下動し、作動ピン９５及びピン９７を介してリンク
された膨出部９１が、Ｘ方向に回転する。

【００１２】なお、Ｘ方向のチルトセンサ９９の側方に
は、Ｙ方向の傾きを検出するＹ方向のチルトセンサ１０
０が固定されている。また、図示しないが、ハウジング
８１内には、チルトセンサ１００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、即ち、レーザビームＬ₁₁が常に水平に出射されて
正確な基準面を形成できるように、調整される。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のレーザ測量装置では、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９
２やスクリュー９３，ナット９４などを用いて鏡筒８２
を傾けることにより行われている。このため、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。また、チルトセンサ９９，１００やレベル調整用モ
ータ９２を使用するために、消費電力が大きいという問
題があった。

【００１４】そこで、整準のための構造を簡単にするこ
とができ、しかも低消費電力にて使用可能なレーザ測量
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】本発明によるレーザ測量
装置は、上記課題を解決するために、以下のような構成
を採用した。

【００１６】即ち、請求項１記載のレーザ測量装置は、
レーザ光源と、常に水平を保ちながら前記レーザ光源か
らのレーザビームを反射させる水平面を備えた水平面形
成手段と、前記レーザ光源に対して固定されて設定され
た所定の軸が鉛直を向いた場合、前記水平面形成手段の
水平面によって反射されたレーザビームを、鉛直方向に
反射させる反射手段と、該反射手段によって反射された
レーザビームのビーム径を拡大するビームエキスパンダ
と、該ビームエキスパンダから出射したレーザビーム
を、９０°偏向する直角偏向手段と、該直角偏向手段を
回転させることにより、この直角偏向手段によって偏向
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
る回転手段とを有することを特徴とする。

【００１７】なお、水平面形成手段は、レーザビームを
反射する水平面を形成できるものであればよい。例え
ば、その水平面として液面を用いることとしてもよく、
複数の液体の境界面を用いることとしてもよい。また、
錘やジャイロによってミラーやプリズムの反射面を、常
に水平に保持する構成としてもよい。レーザ光源は、半
導体レーザでもよいし、気体レーザあるいは固体レーザ
としてもよい。

【００１８】請求項２記載のレーザ測量装置は、前記水
平面形成手段が、液体と、その液面が水平面となるよう
に当該液体を収容する容器とを有することで、特定した
ものである。

【００１９】請求項３記載のレーザ測量装置は、前記水
平面形成手段が、前記液体よりも比重の小さい透明液体
を、さらに前記容器に収容して成ることで、特定したも
のである。

【００２０】請求項４記載のレーザ測量装置は、前記水
平面形成手段の容器が、レーザ光源から出射されたレー
ザビームを入射させる入射窓と、前記水平面によって反
射されたレーザビームを出射させる出射窓とを具備する
とともに、前記液体を密閉封入する封入容器であること
で、特定したものである。

【００２１】請求項５記載のレーザ測量装置は、前記水
平面形成手段が、その封入容器内に、前記両液体を空気
が残らないように封入して成ることで、特定したもので
ある。

【００２２】請求項６記載のレーザ測量装置は、前記ビ
ームエキスパンダが、前記透明液体の屈折率をＮとし
て、前記反射手段側から順に焦点距離の比が１対２Ｎと
なる２枚の正レンズを、両者の光軸を一致させるととも
に、両者の焦点位置を一致させるように、配設して成る
ことで、特定したものである。

【００２３】このように構成されると、装置が傾斜して
ビームエキスパンダの中心軸が、鉛直軸に対して、ある
角度（Δθ）回転した状態になったとしても、水平面形
成手段の液体状金属と透明液体との境界は、重力の作用
により常に水平面となる。従って、レーザ光源から出射
されたレーザビームは鉛直軸を基準にΔθ回転して入射
し、前記水平面で反射されることにより、−Δθ回転す
ることになるが、装置自体がΔθ傾斜しているので、装
置を基準にすると、−２・Δθ回転することになる。そ
して、レーザビームは、透明液体から出射する時に屈折
するので、装置を基準として−２ＮΔθ回転することに
なる。

【００２４】その出射されたレーザビームは、反射手段
によって反射されることにより、２ＮΔθ回転した状態
でビームエキスパンダに入射し、そのビーム径が２Ｎ倍
に拡大され、装置に対して−Δθ回転した状態で出射さ
れる。従って、装置がΔθ回転した場合に、ビームエキ
スパンダから出射されるレーザビームは、−Δθ回転す
ることとなる。即ち、その出射ビーム軸は常に鉛直を向
くわけである。このレーザビームが直角偏向手段に入射
して、９０°偏向されることにより、水平なレーザビー
ムとして出射する。回転手段によって、その直角偏向手
段が回転することにより、該直角偏向手段から出射され
るレーザビームは水平面内で回転し、プレーンビームを
形成することができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて、本発明の
一実施形態を説明する。＜レーザ測量装置の構成＞本発明の一実施形態であるレ
ーザ測量装置は、測点（測定が行われる地点）に固定さ
れる本体部１と、本体部１に対して所定の回転軸を中心
に回転する回転投光部２とから、構成される。

【００２６】図１は、本体部１から筐体その他のフレー
ム構造を省略して示す構造図である。図１のうち、レー
ザダイオード３，コリメータレンズ４，水平面形成装置
５，ミラー６，ビームエキスパンダ７，モータ８，及び
ピニオンギア９は、本体部１に含まれている。なお、こ
の図１では、レーザ測量装置を、そのビームエキスパン
ダ７の光軸Ｌ_Mが鉛直を向くように設置した場合を示し
ている。

【００２７】レーザ光源としてのレーザダイオード３
は、図示せぬ駆動回路によって駆動電流を供給される
と、レーザビームを出射する。このレーザビームは、コ
リメータレンズ４によって平行ビームに変換され、後で
詳しく説明される水平面形成装置５の封入容器１０に形
成された透明な入射窓１０ａから入射して、透明液体１
１を透過し、この透明液体１１と液体状金属１２との境
界面である水平面１３によって反射され、封入容器１０
に形成された透明な出射窓１０ｂから出射する。この出
射窓１０ｂから出射したレーザビームは、反射手段とし
てのミラー６によって反射され、後で詳しく説明される
ように第１の正レンズ１４及び第２の正レンズ１５から
成るビームエキスパンダ７によってそのビーム径を拡大
され、図１における上方へ出射する。

【００２８】なお、水平面形成装置５及びビームエキス
パンダ７は、光軸調整機能を有するが、これについても
後において詳述する。また、回転投光部２は、本体部１
の図示せぬ筐体に対して、ビームエキスパンダ７の光軸
Ｌ_Mを中心として回転自在に据え付けられている。この
回転投光部２は、ビームエキスパンダ７を通過したレー
ザビームが貫通する円筒状の円筒部２ａと、この円筒部
２ａの先端（図１における上側の端）に連通する箱型の
プリズム収容部２ｂとから、構成されている。

【００２９】このプリズム収容部２ｂ内には、互いに４
５°の角度をなす一対の内面反射面１６ａ，１６ｂと、
互いに９０°の角度をなす入射面１６ｃ及び出射面１６
ｄを有するペンタプリズム１６が、収容されている。こ
のペンタプリズム１６は、直角偏向手段として機能す
る。円筒部２ａを貫通したレーザビームは、このプリズ
ム収容部２ｂ内において、ペンタプリズム１６の入射面
１６ｃからその内部に入射すると、一対の反射面１６
ａ，１６ｂによって順次反射されることにより、入射時
点でのビーム軸の方向に対して正確に９０°の方向に向
けられ、出射面１６ｄから出射される。

【００３０】なお、ペンタプリズムの上部側の反射面１
６ａを部分反射面としておくことにより、該反射面１６
ａに接するように配設された図示せぬ楔形プリズムを介
してレーザビームの一部を上方へ透過させることもでき
る。また、プリズム収容部２ｂ壁面には、ペンタプリズ
ム１６の出射面１６ｄに対向した部分と、上部中央部分
に、レーザビーム出射のための図示せぬ切り欠きを設け
てある。

【００３１】一方、円筒部２ｂの基端には、この円筒部
２ｂと同軸の環状ギア１７が、嵌合固定されている。こ
の環状ギア１７には、モータ８の駆動軸先端に固着され
たピニオンギア９が噛合している。このモータ８が回転
することにより、両ギア９，１７を介して回転投光部２
は回転駆動される。その結果、ペンタプリズム１６も回
転するので、このペンタプリズム１６から出射されたレ
ーザビームが同一平面内で走査され、プレーンビームを
形成する。ビームエキスパンダ７からペンタプリズム１
６へ鉛直にレーザビームが入射した場合には、ペンタプ
リズム１０から出射したレーザビームは水平プレーンビ
ームを形成し、この水平プレーンビームが当たった壁面
上に、水平線を描く。即ち、これらモータ８，両ギア
９，１１，及び回転投光部２は、回転手段として機能す
る。

【００３２】次に、図２を参照して、前記水平面形成装
置５の構成について詳述する。この水平面形成装置５の
封入容器１０は、その下部側が箱型となるように形成さ
れている。即ち、この箱状部分は、長方形状の底板と、
該底板の４辺と垂直に接合した４つの壁面とから成る。
その箱状の壁面の上端をなす４辺のうち、一対の相対向
する長辺から上部側へは等脚台形状の壁面が一体に延
び、他の一対の相対向する短辺からは長方形状の壁面
が、前記等脚台形の斜辺に合わせて屋根状に立て掛けた
ように形成されている。さらに、前記等脚台形状の壁面
及び長方形状の壁面の上端となる４辺は、長方形状の天
板により封止されている。その一対の長方形状の壁面の
一方には、平行平板状の透明部材により成る入射窓１０
ａが形成され、他方には、平行平板状の透明部材により
成る出射窓１０ｂが形成されている。

【００３３】封入容器１０内には、水銀等の液体状金属
１２、及びこの液体状金属１２に不溶な（屈折率Ｎの）
透明液体１１が、空気を残さないように予め封入されて
いる。液体状金属１２は透明液体１１よりも比重が大き
いので、封入容器１０内で下側に位置し、その上側に透
明液体１１が位置することになり、両者は境界面を形成
する。この境界面は重力の方向に垂直な面、即ち水平面
１３となる。どのように封入容器１０を傾けたとして
も、重力の作用によって水平面１３が水平となること
は、いうまでもない。なお、液体状金属１２は、封入容
器１０下部の箱状部分の半ば程に収容される程度の量と
し、透明液体１１は、その残りの空間を隙間なく充填す
る量を封入することとする。

【００３４】封入容器１０内では上側に透明液体１１が
位置しているので、入射窓１０ａ及び出射窓１０ｂには
透明液体１１が接している。なお、封入容器１０内には
空気を残さないように両液体１１，１２を封入してある
ので、入射窓１０ａ及び出射窓１０ｂの内面は、空気に
触れることがなく、どのような場合にも曇ることがな
い。

【００３５】このように構成された水平面形成装置５に
対し、レーザダイオード３から出射されてコリメータレ
ンズ４にて平行光に変換されたレーザビームは、入射窓
１０ａから入射して、透明液体１１を透過する。そし
て、このレーザビームは、水平面１３によってほぼ１０
０％反射され、再び透明液体１１を透過して出射窓１０
ｂから出射する。

【００３６】図２においてＬ_M´として示すのは、封入
容器１０の中心軸であり、この中心軸Ｌ_M´は、常に図
１に示すビームエキスパンダ７の光軸Ｌ_Mと平行になっ
ている。この図２に示す如く、レーザ測量装置を、中心
軸Ｌ_M´が鉛直を向くように設置した場合、入射窓１０
ａから入射するレーザビームのビーム軸Ｌ₁と水平面１
３のなす角をαとすると、水平面１３によって反射され
たレーザビームのビーム軸Ｌ₂と水平面１３のなす角は
−αとなる。ここで、ビーム軸Ｌ₁は、常に入射窓１０
ａと直交するように設定されているので、レーザ測量装
置の傾きに関わらず、透明液体１１に入射する際に屈曲
することはない。しかし、ビーム軸Ｌ₂は、レーザ測量
装置を、中心軸Ｌ_M´が鉛直を向くように設置した場合
にのみ、出射窓１０ｂと直交する。従って、図２に示す
場合には、ビーム軸Ｌ₂及び出射窓１０ｂから出射され
たレーザビームのビーム軸Ｌ₃が一致するが、装置を傾
けると、両ビーム軸Ｌ₂，Ｌ₃は一致しなくなる。

【００３７】なお、入射レーザビームのビーム軸Ｌ
₁は、封入容器１０の中心軸Ｌ_M´と水平面１３の交点に
おいて反射屈曲される。即ち、コリメータレンズ４の光
軸，密閉容器１０の中心軸Ｌ_M´，及び水平面１３は、
常に一点のみで交差する。

【００３８】水平面形成装置５の出射窓１０ｂから出射
したレーザビームは、図１に示すミラー６によって反射
され、ビームエキスパンダ７に入射する。以下、図３を
参照して、このビームエキスパンダ７の構成について説
明する。

【００３９】ビームエキスパンダ７は、レーザビームの
入射側から順に、焦点距離の比が１：２Ｎ（Ｎは透明液
体の屈折率）となる２枚の正レンズ１４，１５を有す
る。即ち、図３における下側（図１のミラー６側）に位
置する第１の正レンズ１４の焦点距離をｆ１とし、図３
における上側に位置する第２の正レンズ１５の焦点距離
をｆ２とすると、ｆ１：ｆ２＝１：２Ｎとなる。これ
ら、両レンズ１４，１５を、その光軸を一致させるとと
もに、焦点位置を一致させるように配置することによ
り、ビームエキスパンダ７を構成する。図３におけるＰ
は、第１の正レンズ１４の焦点位置を示し、この焦点位
置Ｐは、第２の正レンズ１５の焦点位置ともなってい
る。即ち、両レンズ１４，１５の焦点位置は一致してい
る。なお、第１の正レンズ１４の主点１４ａ、焦点位置
Ｐ、及び第２の正レンズ１５の主点１５ａを結ぶ軸が、
ビームエキスパンダ７の光軸Ｌ_Mとなっている。

【００４０】上記構成によるビームエキスパンダ７の第
１の正レンズ１４に入射したレーザビームは、そのビー
ム径が２Ｎ倍に拡大されて第２の正レンズ１５から出射
することになる。

【００４１】＜光軸調整機構＞レーザ測量装置を測点に
設置して、その測点を中心に水平プレーンビームを形成
させるためには、図１に示したペンタプリズム１６に、
レーザビームが鉛直に入射しなければならない。しかし
ながら実際には、機械軸、即ち図３に示すビームエキス
パンダ７の光軸Ｌ_Mが正確に鉛直を向くように装置を設
置することは困難である。従って、装置が傾いている場
合にも、ペンタプリズム１６に入射するレーザビームが
鉛直となるように調整するための光軸調整機構が必要と
なる。前述の水平面形成装置５及びビームエキスパンダ
７は、この光軸調整機構として機能するものであり、以
下に詳述する。

【００４２】装置全体が傾斜した状態で設置されると、
図４に示す如く、装置に固定されたビームエキスパンダ
７も同様に傾斜する。この図４では、ビームエキスパン
ダ７の光軸Ｌ_Mが、鉛直軸ｌ₀に対して図の時計方向にΔ
θ傾いた状態を示している。仮に、ビームエキスパンダ
７の光軸Ｌ_Mと平行なレーザビームが、このビームエキ
スパンダ７に入射したとすると、該ビームエキスパンダ
７から出射するレーザビームは、鉛直軸ｌ₀に対して図
４の時計方向にΔθ傾いたまま、図１に示すペンタプリ
ズム１６に入射してしまう。これでは、ペンタプリズム
１６から出射されるレーザビームを水平にすることはで
きない。

【００４３】しかしながら、実際には、水平面形成装置
５の水平面１３が常に水平に保たれるため、後述の如く
レーザビームのビーム軸は正しく調整される。図５は、
水平面形成装置５が装置の傾斜と同様に、図の時計方向
にΔθ傾斜した状態を示している。このように、封入容
器１０が傾斜していても、内部に封入された透明液体１
１と液体状金属１２の境界面は常に水平面１３となる。
なお、比重の大きな液体状金属１２を用い、さらに透明
液体１１を、空気が残らないように封入しているため、
装置全体が固定された直後に、両液体１１，１２の境界
面は速やかに水平面１３として安定する。

【００４４】このように水平面形成装置５が傾斜してい
る場合、入射窓１０ａから入射するレーザビームのビー
ム軸Ｌ₁と水平面１３のなす角はα＋Δθとなり、水平
面１３によって反射されたレーザビームのビーム軸Ｌ₂
とこの水平面１３のなす角は−（α＋Δθ）となる。

【００４５】図５においてＬ_Wとして示すのは、出射窓
１０ｂに直交する垂線であり、封入容器１０の中心軸Ｌ
_M´が鉛直を向いた時に、ビーム軸Ｌ₂，Ｌ₃は垂線Ｌ_Wと
平行になる。しかし、図５では、中心軸Ｌ_M´が時計方
向にΔθ傾斜しているので、ビーム軸Ｌ₂と出射窓１０
ｂの垂線Ｌ_Wとのなす角は、２Δθとなる。そして、透
明液体１１からレーザビームが出射する時に、該レーザ
ビームは屈折し、そのビーム軸Ｌ₃と出射窓１０ｂの垂
線Ｌ_Wとのなす角は、−（Δθ１）となる。なお、この
Δθ１は、以下の式、Ｎｓｉｎ（２Δθ）＝ｓｉｎ（Δθ１）を満たす。ここで、Δθ≒０，Δθ１≒０であるから、Ｎ×２Δθ＝Δθ１と近似できる。

【００４６】従って、出射窓１０ｂから出射するレーザ
ビームのビーム軸Ｌ₃と水平面１３のなす角は、 −｛（α＋Δθ）−２Δθ＋Δθ１｝＝−（α＋Δθ１−Δθ）＝−（α＋２ＮΔθ−Δθ）となる。さらに、水平面１３は、封入容器１０の中心軸
Ｌ_M´に直交する面Ｌ_Pに対して、−Δθ傾くことになる
ので、ビーム軸Ｌ₃と直交面Ｌ_Pのなす角は、 −（α＋２ＮΔθ）となる。すなわち、装置がΔθ傾くと、この装置を基準
としてビーム軸Ｌ₃は、−２ＮΔθ傾くということであ
る。

【００４７】そして、このビーム軸Ｌ₃は、図６に示す
ように、ミラー６によって反射され、装置が傾斜してい
ない場合の光路から２ＮΔθ回転してビームエキスパン
ダ７に入射する。このビーム軸をＬ₄として図示してい
る。以下、図７を参照して、ビームエキスパンダ７にお
ける光軸調整について説明する。

【００４８】ビームエキスパンダ７の第１の正レンズ１
４へ、その光軸に対して角度２ＮΔθだけ傾いて入射し
たレーザビームＬ₄は、集光点Ｐ´に集光する。ビーム
エキスパンダ７の光軸Ｌ_Mと、集光点Ｐ´との距離をａ
とすると、ａ＝ｆ１×ｔａｎ（２ＮΔθ）となり、Δθ≒０であるので、ａ＝ｆ１×２ＮΔθ ……… と近似することができる。

【００４９】また、レンズ焦点距離の関係より、ｆ１：ｆ２＝１：２Ｎ ∴ ｆ２＝２Ｎｆ１ ………

【００５０】そして、このように第１の正レンズ１４に
より一旦集光されたレーザビームは、第２の正レンズ１
５により再度平行光に変換される。レンズ１５から出射
されるレーザビームは、レンズ１４による集光点Ｐ´
と、レンズ１５の主点１５ａを結んだ直線と平行になる
ため、ビームエキスパンダ７の光軸Ｌ_Mと、レンズ１５
から出射されるレーザビームのビーム軸Ｌ₅のなす角を
−Δθ´とすると、ｔａｎ（−Δθ´）＝−ａ／ｆ２となり、Δθ´≒０であるので、 −Δθ´＝−ａ／ｆ２と近似できる。この式と、，とから、 −Δθ´＝−ｆ１×２ＮΔθ／（２Ｎｆ１）＝−Δθ

【００５１】従って、ビームエキスパンダ７から出射さ
れるレーザビームは、そのビーム軸Ｌ₅が、ビームエキ
スパンダ７の光軸Ｌ_Mに対して−Δθだけ回転すること
になる。即ち、装置全体がΔθ傾いた時に、ビームエキ
スパンダ７からの出射ビームが−Δθ回転するのである
から、ビーム軸Ｌ₅は、常に鉛直を向くように補正され
るわけである。

【００５２】＜実施形態の作用＞以下、上記構成を有す
るレーザ測量装置の動作について説明する。オペレータ
は、測点上に図示せぬ三脚を用いてレーザ測量装置を固
定する。ビームエキスパンダ７の光軸Ｌ_Mは、必ずしも
正しく鉛直を向くとは限らない。即ち、鉛直軸ｌ₀とビ
ームエキスパンダ７の光軸Ｌ_Mのなす角Δθは、必ずし
も０とならない。

【００５３】装置の設置作業中は、水平面形成装置５の
封入容器１０内に封入された透明液体１１及び液体状金
属１２は揺動しているが、液体状金属１２は比重が大き
く、さらに上側から透明液体１１により押圧されている
ので、両液体１１，１２の境界面は、装置固定後速やか
に安定し、水平面１３を形成する。

【００５４】この状態で、オペレータが図示せぬ制御回
路に電源を投入すると、該制御回路からの駆動電流によ
ってレーザダイオード３が発振し、レーザビームを射出
する。このレーザビームは、コリメータレンズ４により
平行光にされた後に、水平面形成装置５の封入容器１０
に形成された入射窓１０ａから、その水平面形成装置５
に入射する。そのレーザビームは、透明液体１１を透過
して、液体状金属１２との境界面である水平面１３によ
って反射される。この反射されたレーザビームは、鉛直
軸ｌ₀を基準にすると、−Δθ回転したことになるが、
装置全体がΔθ回転しているので、装置の機械軸に平行
な封入容器中心軸Ｌ_M´を基準にすると、−２・Δθ回
転したことになる。そして、その反射されたレーザビー
ムは透明液体１１を透過した後、封入容器１０の出射窓
１０ｂから屈折して出射する。透明液体１１の屈折率は
Ｎであるので、封入容器中心軸Ｌ_M´を基準として、レ
ーザビームは−２ＮΔθ回転して、透明液体１１及び出
射窓１０ｂから出射する。

【００５５】このレーザビームは、ミラー６によって反
射されることにより、ビーム軸の回転方向が逆になるの
で、ビームエキスパンダ７の光軸Ｌ_Mを基準として２Ｎ
Δθ回転した状態でこのビームエキスパンダ７に入射す
る。ビームエキスパンダ７の両レンズ１４，１５の焦点
距離の比が、ミラー６側から順に、１：２Ｎとなってい
るので、出射されるレーザビームのビーム径は２Ｎ倍と
なり、そのビーム軸Ｌ ₅は、ビームエキスパンダ７の光
軸Ｌ_Mを基準にすると、−Δθ回転する。従って、ビー
ム軸Ｌ₅は、鉛直を向くことになる。

【００５６】ペンタプリズム１６に鉛直に入射したレー
ザビームは、正確に９０°偏向され、水平を向くことに
なる。また、そのペンタプリズム１６に入射したレーザ
ビームの一部は、そのまま鉛直上方へ出射される。そし
て、回転投光部２が、ビームエキスパンダ７の光軸Ｌ_M
を中心として回転することにより、回転投光部２内に格
納固定されたペンタプリズム１６も回転し、水平方向に
出射されるレーザビームは水平面内で回転し、プレーン
ビームを形成する。また、鉛直上方へ出射されるレーザ
ビームは基準スポットを形成する。

【００５７】

【発明の効果】以上のように構成した本発明のレーザ測
量装置によると、水平面形成装置及びビームエキスパン
ダによって光軸調整が可能であり、レーザ測量装置の構
造が簡素化する。また、光軸調整のための機構にモータ
やセンサ等の電気系を使用していないので、装置全体の
消費電力を低減させることができる。

【００５８】さらに、水平面形成装置の封入容器内に、
空気が残らないように金属状液体と透明液体を封入した
ことにより、封入容器の入射窓及び反射窓は、常に曇る
ことがない。また、比重の大きな液体状金属を用い、そ
の上側から透明液体が押圧する構成としたので、両液体
の境界面は、装置固定後速やかに安定し、運用可能状態
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態によるレーザ測量装置の
概略構造図

【図２】図１の水平面形成装置の構造図

【図３】図１のビームエキスパンダの構成図

【図４】装置傾斜時のビームエキスパンダを示す説明
図

【図５】本発明の一実施形態による光軸調整の説明図

【図６】本発明の一実施形態による光軸調整の説明図

【図７】本発明の一実施形態による光軸調整の説明図

【図８】従来のレーザ測量装置の構成を示す断面図

【符号の説明】

１本体部２回転投光部３レーザダイオード５水平面形成装置６ミラー７ビームエキスパンダ１０封入容器１０ａ入射窓１０ｂ出射窓１１透明液体１２液体状金属１３水平面１４第１の正レンズ１５第２の正レンズ１６ペンタプリズム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光源と、常に水平を保ちながら前記レーザ光源からのレーザビー
ムを反射させる水平面を備えた水平面形成手段と、前記レーザ光源に対して固定されて設定された所定の軸
が鉛直を向いた場合、前記水平面形成手段の水平面によ
って反射されたレーザビームを、鉛直方向に反射させる
反射手段と、該反射手段によって反射されたレーザビームのビーム径
を拡大するビームエキスパンダと、該ビームエキスパンダから出射したレーザビームを、９
０°偏向する直角偏向手段と、該直角偏向手段を回転させることにより、この直角偏向
手段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有することを特徴とす
るレーザ測量装置。
【請求項２】前記水平面形成手段は、液体と、その液面が水平面となるように当該液体を収容する容器
とを有することを特徴とする請求項１記載のレーザ測量
装置。
【請求項３】前記水平面形成手段は、前記液体よりも比重の小さい透明液体を、さらに前記容
器に収容して成ることを特徴とする請求項２記載のレー
ザ測量装置。
【請求項４】前記水平面形成手段の容器は、レーザ光源から出射されたレーザビームを入射させる入
射窓と、前記水平面によって反射されたレーザビームを出射させ
る出射窓とを具備するとともに、前記液体を密閉封入する封入容器であることを特徴とす
る請求項２又は請求項３記載のレーザ測量装置。
【請求項５】前記水平面形成手段は、その容器が、レーザ光源から出射されたレーザビームを入射させる入
射窓と、前記水平面によって反射されたレーザビームを出射させ
る出射窓とを具備するとともに、前記両液体を密閉封入する封入容器であり、該封入容器内に、前記両液体を空気が残らないように封
入して成ることを特徴とする請求項３記載のレーザ測量
装置。
【請求項６】前記ビームエキスパンダは、前記透明液体の屈折率をＮとして、前記反射手段側から
順に焦点距離の比が１対２Ｎとなる２枚の正レンズを、
両者の光軸を一致させるとともに、両者の焦点位置を一
致させるように、配設して成ることを特徴とする請求項
３又は請求項５記載のレーザ測量装置。