JP2003329451A

JP2003329451A - レーザ墨出し装置

Info

Publication number: JP2003329451A
Application number: JP2002141031A
Authority: JP
Inventors: Koji Nishimura; 西村孝司
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2002-05-16
Filing date: 2002-05-16
Publication date: 2003-11-19

Abstract

(57)【要約】【課題】１本のレーザ光から同一強度の複数のビーム
を発生することができる簡易な光学系ならびにそれを搭
載した低価格の複数ライン光を照射できるレーザ墨出し
装置を提供する。【解決手段】本発明の4ビーム発生光学系はコリメー
ト光を発生する光源と三角プリズムから構成される。コ
リメータ光を三角プリズムの頂角側から入射させるとプ
リズムの頂角を挟んだ２つのプリズム側面で光の一部が
２方向に反射し、さらにプリズムの2つの側面から内部
に入射した光は屈折後、プリズム端部から2方向に分か
れて出射する。その結果、1本のコリメート光は4本のコ
リメート光に分割される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、屋内外での家屋建
築工事の際、墨出し作業に用いるレーザ墨出し装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】家屋建築の際、特に工事の開始時には各
種部材の取り付け基準の設定や部材加工の位置決め等に
水準線を出す作業、すなわち墨出し作業が必須である。
そこで建築現場では、レベル測量儀等の器具を用いてレ
ベル出しを行い、対象となる構造物の壁に複数のマーク
墨をつけ、それらをつないで墨出しラインを形成し工事
基準としていた。

【０００３】しかし、この作業は最低でも２人で行う必
要があり、非常に手間が掛かり、効率が悪いという問題
があった。この問題を改善するために、最近ではライン
光照射機能を有するレーザ墨出し装置を用いて効率良く
墨出し作業を行うことが多くなった。レーザ墨出し装置
は１人で墨出し作業を容易に行うことができるため、建
築作業には欠かせない建築作業ツールとなりつつある。

【０００４】墨出しラインには床から壁、天井にかけて
垂直線を描く所謂、『たちライン』や、２本の『たちラ
イン』を同時に照射させることにより、天井に直角ライ
ンを描く『大矩ライン（おおがねライン）』、あるいは
壁に水平線を描く『ろくライン』、あるいはレーザ墨出
し装置の直下の床上に集光したレーザビームを照射する
『地墨』等いろいろなラインが存在する。

【０００５】レーザ墨出し装置を用いた墨出し作業の効
率化を図るには、1台のレーザ墨出し装置で複数の墨出
しラインが照射できることが望まれる。そこで最近では
1台の装置で2ライン以上のライン照射が可能な装置が提
案されつつある。

【０００６】従来、1台のレーザ墨出し装置から複数ラ
インを照射する方式として、複数個のレーザ光源を用い
る方式と、1個のレーザ光源から出射されたレーザビー
ムを分割することにより複数ラインを得る方式が知られ
ている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前者の方式の場合、搭
載するレーザ光源数の増加に伴い、装置のコストも高く
なるという問題がある。一方、後者のレーザ光を分割す
ることにより複数のライン光を得る方式としては、例え
ば特開平9−159451に開示されるように、レーザ出射方
向に複数のハーフミラーを直列に積層した構造の出射光
学系を用いる方式がある。しかし、この方式では第一番
目のハーフミラーを透過した光はその強度が1/2に減少
し、引続き第二番目のハーフミラーを透過した光はさら
に1/2に強度が減少する。このようにハーフミラーを透
過する毎に光強度が逐次減少するため、開示された光学
系を用いることにより複数ビームを得ることは可能とな
るが分割されたビーム毎に光の強度が大いに異なるた
め、得られる複数のライン光の輝度がそれぞれ異なって
しまう。また、ビームを分割するために複数のハーフミ
ラーを並べて構成する必要があるため、光学系が複雑に
なり、しかも光学素子の部品点数が増えてしまうという
問題があった。

【０００８】そのため、複数のライン光を照射すること
ができる従来のレーザ墨出し装置は、ライン光の数だけ
レーザ光源を備えた構造のものが多くなっている。しか
しこの場合は前述の通り、光源数の増加に伴い、装置価
格が上昇する。したがって墨出し作業においてより効率
の高い作業を行うためには、高価な装置が必要となって
いた。

【０００９】本発明の目的はこのような従来の課題を解
決した光学系およびそれを搭載したレーザ墨出し装置を
提供することにある。具体的には、１本のレーザ光から
同一強度の複数のビームを発生することができる簡易な
光学系並びに低価格で且つ複数ライン光を照射できるレ
ーザ墨出し装置を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は，ライン光を発生するための光学系を、光源
と、光源からの出射光をコリメータ光に変換するコリメ
ータレンズと、三角プリズムと、該三角プリズムから出
射した光ビームからライン光を得るライン光発生光学素
子とから構成し、上記コリメート光を三角プリズムの頂
角側に入射させるように構成したことに一つの特徴があ
る。このように構成することにより、1本の入射ビーム
から最大４本の光ビームを発生することが可能になる。

【００１１】本発明の他の特徴は、三角プリズムの頂角
側にコリメート光を入射させ、入射方向とほぼ直角の方
向に2本のビーム光を、コリメート光の進行方向に2本の
ビーム光を発生するようにしたことにある。このように
すると、前者の2本をドット光として用い、後者の２本
をライン光として用いることができるためレーザ墨出し
装置として用いる場合に好都合となる。

【００１２】本発明の他の特徴は、コリメート光の進行
方向に形成された2本のビームの少なくとも一方の光路
にビームの進行方向を水平にするための反射ミラーを配
置したことにある。このように構成すると、2本の光ビ
ームのうちの一方から垂直ライン光を他方から水平ライ
ン光を形成することが可能になる。

【００１３】本発明の他の特徴は、コリメート光の進行
方向に形成された2本のビームの一方の光路に、像回転
機能を有するダブプリズムを配置したことにある。この
ように構成すると、光源から発生される光ビームが楕円
形状をしていても垂直ライン光及び水平ライン光の線幅
を等しくすることが可能になる。

【００１４】本発明の他の特徴は、コリメータレンズと
三角プリズムとの間の光路に、光ビームを円形にするた
めのアナモフィックレンズを配置したことにある。この
ように構成することにより、たとえ光源から発生する光
が楕円形状をしていても最終的に形成される複数のライ
ン光の線幅は一定にすることができる。以下、本発明の
実施例について詳細に説明する。

【００１５】

【発明の実施の形態】（実施形態１）図１は本発明のレ
ーザ墨出し装置に用いられる光学系の一実施例を示す概
略構成図である。レーザ光源1から出射された光はコリ
メータレンズ2を通過し、所定の大きさを有する平行光
（コリメータ光）となる。次にこのコリメータ光は三角
プリズム3の頂角側から入射し、2本は反射し図中上下方
向に進む（Ｒ1及びＲ2）。残りの2本はプリズム内部を
通過後、屈折作用により所定角度だけ曲げられてプリズ
ム端面から出射する（Ｔ1及びＴ2）。本実施例では出射
光Ｔ2は水平ライン照射用として用いるためミラー4を用
いて光の進行方向が水平方向となるように調節する。次
にＴ1及びＴ2の光はロッドレンズ5及び6を用いてライン
光に変換する。本例ではＴ1を垂直ライン光にＴ2を水平
ライン光に変換している。

【００１６】次に光が三角プリズム3に入射してから出
射するまでの様子を図2を用いて詳しく説明する。まず
図中のプリズム下側稜線から入射した光の入射角度は45
°である。この光はθ1の角度でプリズム内部を直進す
る。プリズム材の屈折率をｎＰ＝1.5（ＢＫ7の場合）及
び空気の屈折率を1とすると、次の関係式が成り立つ。

【００１７】1×ｓｉｎ45＝1.5×ｓｉｎθ1 （1）式（1）式からθ1を求めると、θ1＝28°となる。したが
ってθ2＝17°が得られる。次に 1.5×ｓｉｎ17＝1×ｓｉｎθ3 （2）式（2）式からθ3を求めると、θ3＝26°となる。すなわ
ち三角プリズム3の頂角側から45°の入射角で入った光
はプリズム底面から26°の出射角で出射する。入射光は
ある程度の太さを有しているため、入射光の1/2は三角
プリズム3稜線下側から入射し、26°の出射角で出射す
る。残りの1/2は三角プリズム3稜線上側から入射し、26
°の出射角で出射する。すなわち直角二等辺三角形形状
のプリズム頂角から入射した光は2つの光に分離され、
それぞれが26°の角度で出射する。

【００１８】以上述べた実施例によれば、１本の入射光
から２本の上下方向の光ビームと、１本の水平ライン
光、及び１本の垂直ライン光が得られる。上下方向の光
ビームは地墨用に、またライン光はたちラインやろくラ
インを描くのに好適である。なお、本実施例における光
源１としては、例えばグリーンレーザのようにビーム円
形度が大きいため、極めて円形に近い光ビームを発生で
きるレーザを使用することが望ましい。一般的に赤色レ
ーザはビームの円形度が小さいためにビーム形状が楕円
形状をしているため、そのままではライン光に変換した
場合に垂直ラインと水平ラインではラインの線幅が異な
る。そこで実施例2でライン光の線幅を変えないための
光学系について説明する。（実施形態2）図３は本発明のレーザ墨出し装置に用い
られる光学系の他の実施例を示す概略構成図であり、Ｔ
１またはＴ２の光路にダブプリズム７が配置されてい
る。レーザ光源1から出射された光はコリメータレンズ2
によりコリメータ光に変換される。通常赤色の半導体レ
ーザは上述のようにビームが楕円形状をしているため、
得られたコリメータ光も楕円形状となる。したがって三
角プリズム3によって得られた4本のビームは全て楕円形
状となる。

【００１９】今長軸径Ａ、短軸径Ｂの楕円ビームがロッ
ドレンズに入射する場合を考える。図4（1）に示すよう
に楕円の長軸方向とロッドレンズの長さ方向が直交する
ような配置で光がロッドレンズに入射した場合、得られ
るライン光の幅はＢとなる。一方、図４（２）に示すよ
うに楕円の長軸方向とロッドレンズの長さ方向が平行と
なるような配置で光がロッドレンズに入射した場合、得
られるライン光の幅はＡとなる。したがって垂直ライン
及び水平ライン共に線幅Ｂの同一幅のライン光を発生さ
せるためには垂直及び水平用ロッドレンズにおいてビー
ムの長軸方向とロッドレンズの長さ方向が直交するよう
に光を入射させる必要がある。

【００２０】しかしながら、図1から分かるように垂直
ライン用ロッドレンズ5と水平ライン用ロッドレンズ6は
互いに直交する配置となっているため、楕円の方向が同
一方向である光を垂直及び水平用ロッドレンズに入射さ
せてライン光を発生させた場合、ライン光の線幅はそれ
ぞれ異なることになり不都合である。そこで、この不具
合を解決するためには図3に示した実施例では、像回転
素子であるダブプリズム7をＴ1あるいはＴ2の光路の途
中に設置し、像を回転させることでビーム形状の方向を
変換する。

【００２１】ダブプリズム7は像回転素子として一般的
によく用いられており、プリズムの長手方向を軸に回転
すると、出射面から得られる像は回転した角度の2倍の
角度で回転する特性を有するものである。本実施例の場
合は、Ｔ1とＴ2のビーム断面形状である楕円の方向が互
いに直交するようにする必要がある。そこでダブプリズ
ム7は90度の1/2である45度回転させて設置する。

【００２２】このように構成することにより、垂直ライ
ン光を発生するロッドレンズ５および水平ライン光を発
生するロッドレンズ６の両方ともレンズの長さ方向と楕
円の長軸方向が直向する関係で楕円ビームが入射するた
め、得られるライン光の幅は両方ともＢ（楕円光の短軸
径）となる。（実施形態3）図５は本発明のレーザ墨出し装置に用い
られる光学系の他の実施例を示す概略構成図であり、コ
リメータレンズ２の後段にアナモフィックレンズ８が配
置されている。

【００２３】垂直ライン用ロッドレンズ5と水平ライン
用ロッドレンズ6が互いに直交する配置となっている光
学系において、垂直ライン及び水平ライン共に線幅Ｂの
ライン光を発生させるためには長軸径、短軸径共にＢで
あるような光を用いることも有効である。これはビーム
形状が楕円ではなく円形であることを意味している。楕
円形状のコリメート光を円形状のコリメート光に変換す
るためには一般的にアナモフィックレンズを用いる。本
実施例では、図5に示すようにコリメータレンズ2の後に
アナモフィックレンズ8を設け楕円のコリメータ光のア
スペクト比を変換しビーム形状を円形状に変換してい
る。（実施形態4）図６は上述の光学系を搭載した本発明の
レーザ墨出し装置の一実施例を示す概略構成図である。
図6に示すようにレーザ墨出し装置は基本的にはライン
光を発生させる光学ユニット9と光学系を水平に保つた
めの支持機構部10から構成されている。本実施例では光
源として半導体グリーンレーザを用いた場合を示してい
る。グリーンレーザはビーム円形度が大きいため、円形
のビーム形状を得ることができる。したがって、本実施
例では図1に示した光学系を用いているが、勿論、使用
するレーザによって他の光学系を用いることができる。

【００２４】図7は光学ユニット9の構成を示し、レーザ
光源1から出射された光はコリメータレンズ2を通過し、
所定の大きさを有するコリメータ光となる。次にこのコ
リメータ光は三角プリズム3の頂角側から入射し、2本
（Ｒ1及びＲ2）はそれぞれ反射して図の上下方向に進み
ドット光となる。残りの2本（Ｔ1及びＴ2）はプリズム
内部を通過し屈折作用により所定角度曲げられてプリズ
ム端面から出射する。本例では出射光Ｔ2を水平ライン
照射用として用いるためミラー4を用いて光の進行方向
が水平方向となるように調節する。次にＴ1及びＴ2の光
はロッドレンズ5及び6を用いてライン光に変換する。本
例ではＴ1を垂直ライン光にＴ2を水平ライン光に変換し
ている。

【００２５】このように構成されたレーザ墨出し装置に
よれば、1個の光源を用いて2本のライン光と2本のドッ
ト光を得ることができる。

【００２６】

【発明の効果】上述のように本発明による光学系を用い
れば、簡易な方法で，1本のレーザビームを４本のレー
ザビームに分離することが可能となる。また、本発明に
よる光学系をレーザ墨出し装置に搭載することで1個の
光源から4本のレーザビームを容易に得ることができる
ため、低コストで墨出し用レーザライン光を発生させる
ことが可能となった。その結果、従来は非常に高価であ
った２ライン光、２ドット光レーザ墨出し装置を低価格
で得ることが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のレーザ墨出し装置に用いられる光学系
の一実施例を示す概略構成図である。

【図２】本発明によりプリズムで４ビームを発生させる
原理を説明する説明図である。

【図３】本発明のレーザ墨出し装置に用いられる光学系
の他の実施例を示す概略構成図である。

【図４】ロッドレンズと入射光の位置関係を示す説明図
である。

【図５】本発明のレーザ墨出し装置に用いられる光学系
の他の実施例を示す概略構成図である。

【図６】本発明のレーザ墨出し装置の一実施例を示す全
体の概略構成図である。

【図７】本発明のレーザ墨出し装置の光学ユニットの一
実施例を示す概略構成図である。

【符号の説明】

１：レーザ光源２：コリメータレンズ３：三角プリズム４：反射ミラー５：ロッドレンズ（垂直ライン用）６：ロッドレンズ（水平ライン用）７：ダブプリズム８：アナモフィックレンズ 9：光学ユニット 10：支持系 11：レーザ墨出し装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体レーザよりなる光源と、該光源から
の出射光をコリメータ光に変換するコリメータレンズ
と、該コリメータ光を頂角側に入射させ、最大４本の光
ビームに分離するための三角プリズムと、該三角プリズ
ムから出射した光ビームの少なくとも1つの光路に配置
され、該光ビームからライン光を得るライン光発生光学
素子とを備えたことを特徴とするライン光発生光学系。
【請求項２】請求項１において、上記三角プリズムから
出射した光ビームの少なくとも1つの光路に反射ミラー
を設置することにより、分離コリメータ光の光路を変更
するようにしたことを特徴とするライン光発生光学系。
【請求項３】請求項１において、上記三角プリズムの頂
角側稜線がレーザ出射面と正対するよう配置したことを
特徴とするライン光発生光学系。
【請求項４】請求項１において、上記三角プリズムに入
射させるコリメート光のビーム形状を円形にする手段を
有することを特徴とするライン光発生光学系。
【請求項５】請求項１において、上記三角プリズムから
出射した光ビームの少なくとも1つの光路に、像回転機
能を有するダブプリズムを配置したことを特徴とするラ
イン光発生光学系。
【請求項６】請求項１において、上記コリメータレンズ
により変換されたコリメータ光の円形度を変更するため
のアナモフィックレンズを配置したことを特徴とするラ
イン光発生光学系。
【請求項７】光学ユニットと、該光学ユニットを支持す
るための支持機構部とから構成され、上記光学ユニット
は、半導体レーザよりなる光源と、該光源からの出射光
をコリメータ光に変換するコリメータレンズと、該コリ
メータ光を頂角側に入射させ、最大４本の光ビームに分
離するための三角プリズムと、該三角プリズムから出射
した光ビームの少なくとも1つの光路に配置され、該光
ビームからライン光を得るライン光発生光学素子とを備
えたことを特徴とするレーザ墨出し装置。
【請求項８】光学ユニットと、該光学ユニットを支持す
るための支持機構部とから構成され、上記光学ユニット
は、半導体レーザよりなる光源と、該光源からの出射光
をコリメータ光に変換するコリメータレンズと、該コリ
メータ光を頂角側に入射される三角プリズムとを有し、
上記三角プリズムの断面形状において該頂角を挟む２辺
を含む面から第１および第２の光ビームを発生させ、該
頂角と対向する辺を含む面から第３および第４の光ビー
ムを発生させ、第３および第４の光ビームの光路に、該
光ビームからライン光を得るライン光発生光学素子を配
置したことを特徴とするレーザ墨出し装置。
【請求項９】請求項８において、上記第１および第２の
光ビームを、三角プリズムに入射するコリメート光の方
向に対してほぼ直角の方向に発生させることを特徴とす
るレーザ墨出し装置。
【請求項１０】請求項８において、上記第3および第４
の光ビームの光路の少なくとも一方に、光の進行方向が
水平となるように光路を変更する光路変更手段を配置し
たことを特徴とするレーザ墨出し装置。
【請求項１１】請求項１０において、第3及び第4の一方
の光ビームから水平ライン光を発生し、他方の光ビーム
から垂直ライン光を発生するように上記ライン光発生光
学素子を配置したことを特徴とするレーザ墨出し装置。
【請求項１２】請求項８において、第3及び第４の光ビ
ームの光路の少なくとも一方に、像回転機能を有するダ
ブプリズムを配置したことを特徴とするレーザ墨出し装
置。
【請求項１３】請求項８において、コリメータレンズと
三角プリズムとの間の光路に光ビームを円形にするため
の光学素子を配置したことを特徴とするレーザ墨出し装
置。
【請求項１４】請求項７において、上記三角プリズムか
ら出射した光ビームの少なくとも1つの光路に反射ミラ
ーを設置することにより、分離コリメータ光の光路を変
更するようにしたことを特徴とするレーザ墨出し装置。
【請求項１５】請求項７において、上記三角プリズムの
頂角側稜線がレーザ出射面と正対するよう配置したこと
を特徴とするレーザ墨出し装置。
【請求項１６】請求項７において、上記三角プリズムに
入射させるコリメート光のビーム形状を円形にする手段
を有することを特徴とするレーザ墨出し装置。
【請求項１７】請求項７において、上記三角プリズムか
ら出射した光ビームの少なくとも1つの光路に、像回転
機能を有するダブプリズムを配置したことを特徴とする
レーザ墨出し装置。
【請求項１８】請求項７において、上記コリメータレン
ズにより変換されたコリメータ光の円形度を変更するた
めのアナモフィックレンズを配置したことを特徴とする
レーザ墨出し装置。