JP2002296034A - レーザ測量機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ターゲット上に集光するレーザビームを出射
するレーザ測量機において、作業者が安全に作業できる
ようにする。 【解決手段】 光源３０から出射されたレーザビーム３
２の集光距離を変更するするフォーカスレンズ３６と、
フォーカスレンズ３６を移動させるフォーカスモータ５
０と、レーザビーム３２を水平方向へ反射するペンタプ
リズム４６と、ペンタプリズム４６を回転させるメイン
モータ６０を備えたレーザ測量機において、メインモー
タ３６の回転速度が所定値未満になったとき、レーザビ
ーム３２を平行光線にするようにフォーカスレンズ３６
を移動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、室内外で工事等を
行うとき、レーザビームを照射して、水平面や鉛直面等
の基準面を指示するレーザ測量機（レベルプレーナ）に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のレーザ測量機は、図５に示したよ
うに、メインモータ１８（図６参照）により駆動される
回動部６から可視レーザビーム２０を出射して、レーザ
ビーム２０を回転照射又はスキャンすることにより、壁
面３などの対象物に対して水平面を示すようになってい
る。

【０００３】このレーザ測量機１の光学系とこの光学系
を制御する制御系について、特開平１１−２３０７４７
号公報に開示されたものを図６に示す。前記公報に開示
されたレーザ測量機１では、発光部５から出射されたレ
ーザビーム２０を回動部６内のペンタプリズム１４で反
射することにより、レーザビーム２０を水平面内で回転
照射し、壁面３等に設置されたターゲット２を照射する
ようになっている。

【０００４】発光部５は、レーザ光を出射するレーザダ
イオード１１と、レーザダイオード１１から出射された
レーザ光を平行光線のレーザビーム２０とするコリメー
タレンズ１２と、出射するレーザビーム２０を透過させ
るとともに、ターゲット２で反射してきたレーザビーム
を直角方向へ反射するビームスプリッタ１３を備えてい
る。

【０００５】回動部６は、発光部５から出射されたレー
ザビーム２０を直角方向に反射するペンタプリズム１４
と、このペンタプリズム１４を支持するとともに発光部
５の光軸回りに回転できるようにされた回転支持体１５
と、この回転支持体１５を歯車１６、１７を介して回転
駆動するモータ１８と、ペンタプリズム１４の回転角を
検出するエンコーダ１９を備えている。

【０００６】レーザ測量機１から出射されたレーザビー
ム２０は、ターゲット２で反射されると、ペンタプリズ
ム１４とビームスプリッタ１３で反射され、受光部７に
入射するようになっている。受光部７は、反射してきた
レーザビームを集光するコンデンサレンズ２１と、集光
されたレーザビームを受光して受光量に応じた信号を発
生する受光素子２２を備えている。

【０００７】受光素子２２からの信号は、反射光検出部
２３を経て制御部（マイクロコンピュータ）８に入力さ
れる。制御部８には、エンコーダ１９からペンタプリズ
ム１４の回転角も入力されるようになっている。制御部
８は、受光素子２２からの信号とエンコーダ１９からの
回転角に基づき、発光素子駆動部９とモータ駆動部１０
へ制御信号を送り、レーザダイオード１１の発光とモー
タ１８の回転速度と回転方向を制御している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】最近では、レーザ測量
機の用途が広がり、より遠方にレーザビームを照射でき
ることが求められている。そこで、遠方に設置したター
ゲットを照射しても高い視認性が得られるように、レー
ザビームの出力を大きくし、照射面における輝度を高め
たものが増えている。ところで、これらのレーザ測量機
では、所望の位置における視認性を高めるために、ター
ゲットまでの距離に応じてレーザビームを集光する集光
手段を備えているものがある。

【０００９】しかしながら、レーザビーム２０をターゲ
ット２上に集光するようにすると、レーザビーム２０の
エネルギーが一点に集中するので、万一レーザビーム２
０が静止して一点を照射した状態でターゲット２の側で
作業している作業者の目に当たった場合、目に悪影響を
及ぼす恐れがあるという不都合がある。

【００１０】そこで、前記の不都合を解消するため、タ
ーゲット上に集光するレーザビームを出射するレーザ測
量機において、作業者が安全に作業できることが求めら
れていた。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、請求項１に係る発明では、レーザビームの集光距離
を変更する集光距離変更手段と、前記レーザビームの照
射方向を回転させる回動部を備えたレーザ測量機におい
て、前記回動部の回転速度が所定値未満になったとき、
前記レーザビームを平行光線又は発散光にするように前
記集光距離変更手段を制御する制御部を備えた。

【００１２】請求項２に係る発明では、請求項１に係る
発明において、前記集光距離変更手段をフォーカスレン
ズと該フォーカスレンズを移動させるフォーカスモータ
とから構成した。

【００１３】請求項３に係る発明では、請求項１又は２
に係る発明において、前記制御部は、傾斜センサからの
傾斜信号を受けたときにも、前記レーザビームを平行光
線又は発散光にするように集光距離変更手段を制御する
ようにした。

【００１４】請求項４に係る発明では、請求項１、２又
は３に係る発明において、前記制御部は、前記回動部の
回転を停止させるキー入力を受けたときにも、前記レー
ザビームを平行光線又は発散光にするように集光距離変
更手段を制御するようにした。

【００１５】請求項５に係る発明では、請求項１、２、
３又は４に係る発明において、前記制御部は、設定され
た集光距離に応じてスキャン幅とスキャン速度を設定す
るようにした。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の望ましい実施例に
ついて、図面を用いて詳細に説明する。図１に、本実施
例のレーザ測量機の光学系とこの光学系を制御する制御
系のブロック図を示す。

【００１７】本実施例のレーザ測量機１は、鉛直上方へ
レーザ光３１を出射するレーザダイオード等の上側光源
３０と、フォーカスモータ５０によって位置変更され
て、上側光源３０から出射されたレーザ光３１の集光位
置を変更するフォーカスレンズ３６と、出射されたレー
ザ光３１を透過させ、ターゲット２から反射してきたレ
ーザ光を直角方向へ反射するビームスプリッタ３８と、
出射されたレーザ光３１を集光して出射するレーザビー
ム３２とする対物レンズ４０と、出射するレーザビーム
３２の位置ずれを補正する楔ガラス４２と、出射するレ
ーザビーム３２を円偏光とするλ／４板４４と、出射す
るレーザビーム３２の一部を鉛直方向に透過させ、残り
を水平方向に反射するペンタプリズム４６を備えてい
る。

【００１８】フォーカスレンズ３６は、図２に示したよ
うに、一側がばね５８に当接し、他側に設けられた凸部
５６がフォーカスモータ（ステッピングモータ）５０の
出力軸５２先端に固着された三角部材５４の斜面と当接
させてある。三角部材５４はガイド部材５７に摺動自在
に取り付けてあり、フォーカスモータ５０の出力軸５２
は軸方向へ移動するようになっている。フォーカスモー
タ５０の出力軸５２が軸方向へ移動すると、三角部材５
４がガイド部材５７に沿って摺動するとともに、三角部
材５４の斜面がフォーカスレンズ３６の凸部５６を押圧
して、フォーカスレンズ３６がばね５８の反力に抗して
移動させられ、このことによって集光距離が変更され
る。図２ではレーザ光をさえぎっている機構になってい
るが、実際にはレーザ光をさえぎらないように各部材の
中央に図示しない穴を設けている。

【００１９】ガイド部材５７には、三角部材５４の位置
を検出する図示しない位置センサが設けられていて、こ
の位置センサからの信号がリミッター５９に入力される
ようになっている。リミッター５９は、位置センサから
の信号により三角部材５４が規制位置に来たことを検出
すると、マイクロコンピュータ８０へ規制信号を送り、
三角部材５４の移動を規制するものである。すなわち、
リミッター５９は、三角部材５４が基準位置からステッ
ピングモータであるフォーカスモータ５０を所定パルス
数逆転させた位置に来ると、それ以上の逆転を規制する
ものであり、このとき、レーザ測量機１から出射するレ
ーザビーム３２は平行光線又は発散光となる。また、リ
ミッター５９は、三角部材５４が基準位置からフォーカ
スモータ５０を所定パルス数正転させた位置に来ると、
それ以上の正転をも規制するものであり、このとき、レ
ーザ測量機１から出射するレーザビーム３２の集光距離
は最小となる。

【００２０】ここでは、フォーカスレンズ３６とフォー
カスモータ５０から集光距離変更手段を構成したが、集
光距離変更手段は、対物レンズ４０とこれを移動させる
装置等、集光距離を変更できるものであればどのような
ものでもよい。

【００２１】ペンタプリズム４６は、メインモータ（ス
テッピングモータ）６０で回転駆動される回転支持体６
２上に固定されていて、ペンタプリズム４６とメインモ
ータ６０とで、レーザビーム３２の出射方向を回転させ
る回動部を構成している。メインモータ（ステッピング
モータ）６０と回転支持体６２の中心軸に沿っては、レ
ーザビーム３２を通過させるため図示しない過貫孔が軸
中心に設けてある。出射するレーザビーム３２はペンタ
プリズム４６内部で２回反射されて水平方向に出射さ
れ、ペンタプリズム４６はメインモータ６０によって水
平回転するので、出射するレーザビーム３２は平面を形
成する。また、出射するレーザビーム３２の一部は、鉛
直出射するレーザビーム３４となり、ペンタプリズム４
６及びプリズム４８を透過し、そのまま上方へ出射され
る。出射するレーザビーム３２、３４は、傾斜センサ７
８と図示しない整準装置により、水平面及び鉛直線を形
成することが維持される。

【００２２】一方、レーザダイオード等の下側光源６４
から出射されたレーザ光６６は、集光光学系６７を経て
レーザ測量機１から下方へ出射されて鉛直線が設定され
る。両光源３０、６４は、バッテリーが装着される電源
装置６８に接続されている。

【００２３】レーザ測量機１から出射されたレーザビー
ム３２は、壁面等に取り付けられたターゲット２で反射
されると、今来た光路を逆進し、ペンタプリズム４６で
反射され、さらにビームスプリッタ３８で直角方向に反
射され、集光レンズ７０を経てフォトダイオード等の受
光器７２に入射するようになっている。受光器７２の出
力は、増幅器７４で増幅され、波形整形回路７５で波形
をパルス波に整形されて、レーザ測量機１の制御部であ
るマイクロコンピュータ８０に入力されるようになって
いる。

【００２４】また、図３に示したように、レーザ測量機
の操作パネル７６には、電源をオンオフする電源キー８
２、出射するレーザビーム３２の集光距離の設定値を変
更するための設定値変更キー８４ａ、８４ｂ、出射する
レーザビーム３２をスキャンモード、ストップモード、
鉛直モード、受光器モードに変更するためのモード切替
えキー８６、レーザ測量機１のエラー、電源電圧低下、
モード、集光距離の設定値等を表示するＬＥＤ等の各表
示部８８、９０、９２、９４等が設けられている。設定
値変更キーとしては、テンキーを用いてもよいが、キー
数を減らして操作を容易にするため、後述する設定値を
上げるキー８４ａと下げるキー８４ｂのみを設けてい
る。

【００２５】マイクロコンピュータ８０には、電源装置
６８からの電源電圧、傾斜センサ７８から傾斜信号、ペ
ンタプリズム４６の回転角を検出するエンコーダ４９か
らの出力信号パルス、設定値変更キー８４ａ、８４ｂで
設定された集光距離、受光器７２からの信号等が入力さ
れ、これらの入力に基づいて、電源装置６８、メインモ
ータ６０、フォーカスモータ５０及び操作パネル７６上
の表示部を制御するようになっている。

【００２６】ここで、マイクロコンピュータ８０は、反
射光が戻って来て受光器７２からの出力パルスが送られ
てきたときの方向をスキャンの中心とするとともに、エ
ンコーダ４９から送られてくるパルス数により基準方向
から角度を算出し、さらに毎秒あたりのパルス数により
スキャン速度を算出する。そして、マイクロコンピュー
タ８０は、出射するレーザビーム３２が設定されたスキ
ャン速度ｖとスキャン幅θになるように駆動パルスをメ
インモータ６０に送ることにより、図５に示したよう
に、レーザビーム３２を設定されたスキャン速度ｖとス
キャン幅θでスキャンさせている。

【００２７】また、マイクロコンピュータ８０は、設定
値変更キー８４ａ、８４ｂによって設定された集光距離
に従って、フォーカスモータ５０へ制御信号を送り、フ
ォーカスレンズ３６を移動させることによって、出射す
るレーザビーム３２の集光距離を設定値に制御する。こ
のとき、集光距離の設定値を表示部９４ａ−ｅに表示し
て、集光距離の設定値変更を容易にしている。

【００２８】そして、マイクロコンピュータ８０は、設
定された集光距離に応じて、後述するようにスキャン速
度ｖとスキャン幅θを自動的に設定して、このスキャン
速度ｖとスキャン幅θに従って、メインモータ６０へ駆
動パルスを送って、メインモータ６０の回転方向と回転
速度を制御している。このように、スキャン速度ｖとス
キャン幅θの設定値の入力を省くことにより、作業能率
を高めている。

【００２９】スキャン幅θとスキャン速度ｖは、レーザ
ビーム３２の集光距離が遠い場合には小さくし、逆に、
集光距離が近い場合には大きくするようにする。ターゲ
ット２までの距離に応じて最も視認性がよくなるよう
に、後記表１に示したように、８段階の距離設定段階
と、各距離設定段階ごとの集光距離、スキャン幅θ及び
スキャン速度ｖを決定した。マイクロコンピュータ８０
は、この表１を予め記憶しておき、設定された集光距離
に応じて、表１を参照して、スキャン幅θ及びスキャン
速度ｖを設定する。

【００３０】

【表１】

【００３１】もちろん、設定距離段階を８段階よりもっ
と多くしてもよいし、もっと少なくしてもよい。ただ
し、どのような距離に対しても満足できるレーザビーム
の視認性を得ることと、表を記憶したり参照する負担が
増さないことを両立させるには、表１の８段階程度の設
定距離段階とすることが適当である。

【００３２】さらに、本実施例では、マイクロコンピュ
ータ８０は、エンコーダ４９の出力によりメインモータ
６０の回転速度が所定値未満となったことが判ったとき
には、出射するレーザビーム３２を平行光線又は発散光
とするようにフォーカスレンズ３６を動かす指令信号を
フォーカスモータ５０へ送るとともに、出射するレーザ
ビーム３２が平行光線又は発散光であることを示す表示
部９４ｅを点灯させる。このため、エンコーダ４９の出
力からメインモータ６０が所定回転速度未満と判ったと
きには、出射するレーザビーム３２は、必ず平行光線又
は発散光となって、ある程度の広さの領域にエネルギー
が分散されるので、万一出射するレーザビーム３２が作
業者の目に当たっても、目に悪影響を及ぼす恐れはほと
んどない。

【００３３】ところで、本実施例のレーザ測量機１で
は、メインモータ６０の回転速度が所定値未満となるの
は、以下の場合である。

【００３４】一つめは、レーザビーム３２を静止させて
一点のみを照射する「ストップモード」の場合で、この
ときには、メインモータ６０の回転は停止している。二
つめは、作業中にレーザ測量機が衝撃等により傾いてし
まい、整準エラーを起こし、後述の傾斜センサ７８の計
測範囲を越えたときで、このときには、出射するレーザ
ビーム３２を照射した状態でメインモータ６０の回転を
停止させ、出射するレーザビーム３２を点滅させること
により、ターゲット２側にいる作業者に整準エラーを起
こしたことを伝達できるようにしている。三つめは、予
期しないメインモータ６０の故障等のあった場合で、こ
のときには、回転速度が所定値未満になったり、回転が
停止することがありうる。

【００３５】ここで、図４に示したマイクロコンピュー
タ８０のフローチャートを用いて、メインモータ６０の
回転速度が所定値未満となったときに、出射するレーザ
ビーム３２を平行光線又は発散光とするしくみを説明す
る。レーザ測量機１は、図示しない整準台上に回転可能
に載置されている。傾斜センサ７８は、光学式で、例え
ば、特開平２−４２３１１号公報に記載の２軸方向の傾
斜センサが用いられる。

【００３６】まず、レーザ測量機１を始動すると、ステ
ップＳ１に進み、マイクロコンピュータ８０は、傾斜セ
ンサ７８からの傾斜信号を受け取り、出射するレーザビ
ーム３２を水平に出射するために無視できないレーザ測
量機１本体の傾斜の有無を判断する。ここで、無視でき
ない傾斜があると判断したときには、ステップＳ８に進
み、上側光源３０から出射するレーザ光３１を点滅さ
せ、次にステップＳ５に進み、メインモータ６０を停止
させる停止信号をメインモータ６０に送り、メインモー
タ６０を停止させる。続いてステップＳ６に進み、出射
するレーザビーム３２が平行光線又は発散光となるよう
にフォーカスレンズ３６を移動させる指令信号をフォー
カスモータ５０へ送り、出射するレーザビーム３２を平
行光線又は発散光にし、最後に前述のステップＳ１へ戻
る。

【００３７】無視できない傾斜がないと判断したとき
は、ステップＳ２に進んで、マイクロコンピュータ８０
は、出射するレーザビーム３２の照射状態を切り替える
モード切替えキー８６が押されたか否かを調べる。ここ
で、モード切替えキー８６が押されていなければ、後述
のステップＳ４に進む。

【００３８】モード切替えキー８６が押されていれば、
ステップＳ３に進んで、マイクロコンピュータ８０は、
ストップモードになっているか否かを調べる。ここで、
ストップモードとなっているときには、前述のステップ
Ｓ５に進み、続いて前述のステップＳ６に進み、最後に
ステップＳ１に戻る。一方、ストップモードになってい
ないときには、後述のステップＳ４に進む。

【００３９】ステップＳ４に進むと、エンコーダ４９か
ら送られてくる単位時間毎のパルス数からメインモータ
６０の回転速度を演算し、この回転速度が所定値未満か
否かを判断する。そして、この回転速度が所定値未満で
あるときは、ステップＳ７に進み、上側光源３０から出
射するレーザ光３１を点滅させ、続いて前述のステップ
Ｓ５に進み、メインモータ６０を停止させ、さらにステ
ップＳ６を経て、最後にステップＳ１へ戻る。一方、こ
の回転速度が所定値以上のときは、直ちにステップＳ１
に戻る。

【００４０】以上のマイクロコンピュータ８０の動作か
ら分かるように、メインモータ６０の回転速度が所定値
未満となったことを検出してからだけでなく、レーザ測
量機１の姿勢が傾いたり、ストップモードにされて、メ
インモータ６０を停止する場合には、直ちに出射するレ
ーザビーム３２を平行光線又は発散光とするので、いっ
そう安全である。

【００４１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１又は２に係る発明によれば、回動部が所定回転速度未
満のときには、レーザビームは、必ず平行光線又は発散
光となって、ある程度の広さの領域にエネルギーが分散
されるので、万一レーザビームが作業者の目にあたって
も危険性はほとんどない。

【００４２】請求項３に係る発明によれば、さらに、レ
ーザ測量機の姿勢が傾いたときに回動部を停止する場合
にも、直ちにレーザビームを平行光線又は発散光とする
ので、いっそう安全である。

【００４３】請求項４に係る発明によれば、さらに、レ
ーザ測量機をストップモードにしたときに回動部を停止
する場合にも、直ちにレーザビームを平行光線又は発散
光とするので、いっそう安全である。

【００４４】請求項５に係る発明によれば、さらに、設
定された集光距離に応じて、スキャン速度とスキャン幅
を自動的に設定したので、スキャン速度とスキャン幅の
設定値の入力を省いて作業能率を高めている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のレーザ測量機の光学系及び
この制御系を示す図である。

【図２】同じくレーザ測量機のフォーカスレンズを移動
させる機構を示す図である。

【図３】同じくレーザ測量機の操作パネルを示す図であ
る。

【図４】同じくレーザ測量機のマイクロコンピュータの
フローチャートである。

【図５】従来のレーザ測量機の概観を示す斜視図であ
る。

【図６】従来のレーザ測量機の光学系及びこの制御系を
示す図である。

【符号の説明】

１ レーザ測量機 ３６ フォーカスレンズ（集光距離変更手段） ４６ ペンタプリズム（回動部） ５０ フォーカスモータ（集光距離変更手段） ６０ メインモータ（回動部） ８０ マイクロコンピュータ（制御部）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 番場 泰之 神奈川県厚木市長谷260−63 株式会社ソ キア厚木工場内 (72)発明者 石黒 雄之 神奈川県厚木市長谷260−63 株式会社ソ キア厚木工場内 (72)発明者 糀 徹太郎 神奈川県厚木市長谷260−63 株式会社ソ キア厚木工場内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザビームの集光距離を変更する集
   光距離変更手段と、前記レーザビームの照射方向を回転
   させる回動部を備えたレーザ測量機において、 前記回動部の回転速度が所定値未満になったとき、前記
   レーザビームを平行光線又は発散光にするように前記集
   光距離変更手段を制御する制御部を備えたことを特徴と
   するレーザ測量機。
2. 【請求項２】 前記集光距離変更手段は、フォーカス
   レンズと該フォーカスレンズを移動させるフォーカスモ
   ータであることを特徴とする請求項１に記載のレーザ測
   量機。
3. 【請求項３】 前記制御部は、傾斜センサからの傾斜
   信号を受けたときにも、前記レーザビームを平行光線又
   は発散光にするように集光距離変更手段を制御すること
   を特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ測量機。
4. 【請求項４】 前記制御部は、前記回動部の回転を停
   止させるキー入力を受けたときにも、前記レーザビーム
   を平行光線又は発散光にするように集光距離変更手段を
   制御することを特徴とする請求項１、２又は３に記載の
   レーザ測量機。
5. 【請求項５】 前記制御部は、設定された集光距離に
   応じてスキャン幅とスキャン速度を設定するようにした
   ことを特徴とする請求項１、２、３又は４に記載のレー
   ザ測量機。