JP2004317519A - 光学マーク投射用のレーザ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単かつ確実な手段により，良好に視認可能なスポットマーク及びラインマークを低コストで，しかも可能な限り調整不要として投射可能としたレーザ装置を提案する。
【解決手段】光学マーク（ＭＰ，ＭＬ）を投射するレーザ装置（１）において，投射光学系（Ｐ）はビーム（Ｌ２）が入射する筒型レンズ（Ｚ）を具える。中心ビーム（Ｌ２Ｚ）は筒型レンズ（Ｚ）の筒型領域（ＺＡ）を透過させ，少なくとも１本の周辺ビーム（Ｌ２Ｒ）は直接的に筒型領域（ＺＡ）の外面を透過させる。中心ビーム（Ｌ２Ｚ）により光学マーク（ＭＬ）を直線状に投射し，周辺ビーム（Ｌ２Ｒ）によりスポット状の光学マーク（ＭＰ）を投射する。
【選択図】図１

Description

本発明は，光学マークを投射するためのレーザ装置に関し，特に，一次ビームを発生するための光源手段と，一次ビームを入射させ，該一次ビームについてコリメート，平行化及び拡幅を行うことにより平行光束としての二次ビームに転移させて出射させるためのコリメータ光学系と，二次ビームの少なくとも一部を入射させ，該二次ビームを少なくとも１本の三次ビーム又はマーカビームに転移させ，少なくとも１個の光学マークとして投射するための投射光学系とを具えるレーザ装置に関するものである。

光学マークを発生・投射するためのレーザ装置は，各種の製造工程，構造設計又は建設作業において実用に供されている。このような光学マークは，対象となる物体，空間又は場所における絶対的又は相対的な位置又は指向性等を厳密に限定し，これを作業者に明示するのに使用されるものである。

従来のレーザ装置は，光源手段，コリメータ光学系及び投射光学系を具えている。光源手段は，一次ビームを発生する。コリメータ光学系は，一次ビームを入射させ，これについてコリメート、平行化及び拡幅させて二次ビームとして出射させるものである。投射光学系は，二次ビームの少なくとも一部を入射させ，二次ビームを少なくとも１本の三次ビーム又はマーカビームに転移させて少なくとも１個の光学マークとして投射するものである。

直線状の光学マークを投射するラインマーキングのみならず，スポット状の光学マークを投射するスポット状マーキングを行うためには相当のコストが掛かっている。通常，互いに独立させて作動及び調整可能とした複数の光学系を含む投射ユニットが必要となるからである。

本発明の課題は，簡単かつ確実な手段により，良好に視認可能なスポットマーク及びラインマークを低コストで，しかも可能な限り調整不要として投射可能としたレーザ装置を提案することにある。

この課題を解決するため，本発明に係るレーザ装置は，独立請求項の記載事項を特徴とするものである。また，本発明装置の好適な実施形態は，従属請求項に記載したとおりである。

すなわち，本発明は，一次ビームを発生するための光源手段と，一次ビームを入射させ，該一次ビームについてコリメート，平行化及び拡幅を行うことにより平行光束としての二次ビームに転移させて出射させるためのコリメータ光学系と，二次ビームの少なくとも一部を入射させ，該二次ビームを少なくとも１本の三次ビーム又はマーカビームに転移させ，少なくとも１個の光学マークとして投射するための投射光学系とを具えるレーザ装置において，投射光学系に二次ビームの少なくとも一部を入射させ，投射光学系における所定の領域に二次ビームの中心ビームを透過させ，二次ビームの中心ビームに隣接する少なくとも１本の周辺ビームを投射光学系における前記領域の縁部又は外面から出射させ，二次ビームの中心ビームを筒型レンズにより拡散させ，三次ビームの一部又は光学マーク用のラインマークビームとして直線状に投射し，二次ビームにおける少なくとも１本の周辺ビームを三次ビームの一部又は光学マーク用のスポットビームとしてスポット状に投射することを特徴とするものである。

本発明の好適な実施形態において，投射光学系に含まれる筒型レンズに二次ビームの少なくとも一部を入射させ，投射光学系の前記領域を構成する筒型レンズの筒型領域に，光学マーク用の二次ビームの中心ビームを直線状に透過させ，光学マーク用の二次ビームの中心ビームに隣接する少なくとも１本の周辺ビームをスポット状に前記筒型領域の縁部又は外面から出射させる。

本発明において，筒型レンズを含み，又は筒型レンズで構成した単一の投射光学系を具える単一の光源手段を使用する場合には，直線状の光学マークを投射するラインマーキングのみならず，１個又は２個のスポット状の光学マークを投射するスポットマーキングも同時に実行可能である。単一の筒型レンズを使用することで配置が固定されるため，ラインマーク及びスポットマーク又は複数のスポットマークは調整不要な所定の三次元的位置関係を有する。更に，本発明によれば，従来技術と対比して光学素子数を減少させることができ，この種のレーザ装置に係る保守費用を節減し，製造コスト及び維持費を低下させることも可能である。

本発明によれば，一次ビームについてコリメート，平行化及び拡幅を行って生成した二次ビームを投射光学系に含まれる筒型レンズに入射させ，二次ビームにおける中心ビームを筒型レンズに透過させる。二次ビームにおける少なくとも１本の周辺ビームは，筒型レンズの縁部又は外面を透過させて筒型領域の直近から出射させる。中心ビームは，透過した筒型領域における屈折により拡散する。したがって，筒型領域を通過した後，離間位置にある投射面上に線形の光学マーク又はラインマークが投射される。少なくとも１本の周辺ビームを，筒型レンズにおける筒型領域の外面で通過させて，離間位置にある投射面上にスポット状の光学マーク（スポットマーク）を投射する。適切に構成した実施形態により，光学的なスポットマーク及びラインマークは互いに所定の三次元的位置関係で配置されるため，例えば，ラインマーク上でスポットマークにより特定の三次元的基準点を確定させ，表示することが可能である。

上述した利点は，従来技術においては，各光学マークについて分離した複数の投射光学系を使用するコスト高の手段により初めて達成されるものである。

一次ビームのためにコヒーレント光及び／又はモノクローム光を発生する光源手段を使用する場合には，特に鮮明なマークを投射することが可能である。

その場合，作動中に筒型領域の対向する縁部領域を通過する２本の周辺ビームを使用し，光放射域の遠隔視野内に，近接視野で分離した２個のスポットマークによる単一の共通スポットマークに対する干渉が実現される。このことは，特にスポットマークの輝度及び視認性について有利となる。

コヒーレント光及び／又はモノクローム光を発生させるため，光源手段を種々の態様で実現することができる。

光源手段はレーザ光源で構成するのが有利である。この光源手段は，高度に集束したモノクロームのコヒーレント光を発生することができる。

基本的に任意の光源を使用することが可能であるが，１個のレーザダイオード又は複数のレーザダイオードアレイを光源手段とするのが有利である。レーザダイオードは特にコンパクトであり，エネルギ消費量が比較的僅かである。

投射光学系からの二次ビームの投射形態は，光学マークにおける輝度，コントラスト及び投射精度に質的な影響を及ぼす。そのため，本発明の別の実施形態において，二次ビームを生成するために，コリメータ光学系と投射光学系との間に絞り手段を配置するのが有利である。この絞り手段は，二次ビームに特定の対称形状と三次元的な拡がりを与える。絞り手段はコリメータ光学系の一部で構成することも可能である。

絞り手段は，特定の用途において，円形絞り又は楕円形の絞りとして形成することができ，角形絞りとすることも可能である。これらの形状を有する絞り事態で絞り手段を構成することが可能であるが，絞り手段として複数の絞り及び所要に応じてその他の光学素子を配置することもできる。

各絞り手段は円形絞り，角形絞り等として局限すべき二次ビームの断面に対して同軸的に配置するのが有利である。この場合，各絞り手段は，二次ビームの断面の幾何学的中心又は重心と略一致する幾何学的中心又は重心を有する。

投射光学係のための筒型レンズは，基本的に任意の筒型レンズで構成することが可能である。しかしながら，基本形状が簡潔であるために円筒レンズが特に有利である。したがって，本発明の特に好適な実施形態においては，筒型レンズを，基礎円に対応する円半径Ｒ及び対応する対称軸Ｘを有する円筒レンズで構成する。

本発明の原理を更に具現化するために，各光学素子，ぞれぞれのビーム及びその波長の数値関係を適切に設定する。

筒型レンズは光学的有効径Ｄを有する。円筒レンズで筒型レンズを構成する場合，有効径は，特に，二次ビームに関して基礎円の半径Ｒの略２倍である。

本発明の特に有利な実施形態において，光源手段，コリメータ光学系の種類及び／又は配置及び／又はそれらの相対的位置関係を適切に選択することにより，二次ビームを，長軸Ａ及び短軸Ｂを有する略楕円断面形状とすることが可能である。

本発明の一実施形態において，二次ビームの断面における長軸Ａは，筒型レンズの対称軸に対して略直交させる。

二次ビームの断面における長軸Ａの長さは，筒型レンズの半径Ｒの約８倍又は筒型レンズの光学的有効径Ｄの約４倍とするのが有利である。付加的又は代替的な構成として，二次ビームの断面における短軸Ｂの長さＧを，筒型レンズの半径Ｒの約２倍又は筒型レンズの有効径の１倍とする。

本発明に係るレーザ装置は，別の実施形態において円形絞りを具え，その半径ＲkＢは筒型レンズの半径Ｒの約４倍又は筒型レンズの光学的有効径Ｄの約２倍とする。その代わりに角形絞りを配置する場合には，筒型レンズの対称軸Ｘに対して直交する第１縁部ｃの長さを筒型レンズの半径Ｒの約３倍又は筒型レンズの光学的有効径Ｄの約１．５倍とする。筒型レンズの対称軸Ｘに対して平行な第２縁部ｄの長さ，筒型レンズの半径Ｒの約５倍又は筒型レンズの光学的有効径Ｄの約２．５倍とする。

本発明の更に別の実施形態においては，二次ビームの断面における長軸Ａを，筒型レンズの対称軸Ｘに対して略平行に配置する。

この実施形態において，二次ビームの断面における長軸Ａの長さは，筒型レンズの半径Ｒの約１２倍又は筒型レンズの光学的有効径Ｄの約６倍とするのが特に有利である。代替的又は付加的な構成として，二次ビームの断面における短軸Ｂの長さを，筒型レンズの半径Ｒの約４倍又は筒型レンズの光学的有効径Ｄの約２倍とする。

本発明の上記実施形態においても，円形絞り又は代替的な角形絞りが使用可能である。

円形絞りを使用する場合，その半径Ｒは筒型レンズの半径Ｒの約４倍又は約６倍，又は筒型レンズの光学的有効径Ｄの約３倍とするのが有利である。

角形絞りを使用する場合，筒型レンズの対称軸Ｘに対して直交する第１縁部ｃは，筒型レンズの半径Ｒの約３倍又は約６倍，又は筒型レンズの光学的有効径Ｄの約１．５倍又は約３倍とする。更に，角形絞りは筒型レンズの対称軸Ｘに対して平行な第２縁部ｄを有する。この第２縁部ｄの長さは，筒型レンズの半径Ｒの約４倍又は筒型レンズの光学的有効径Ｄの約２倍とする。

上述した実施形態は，基準点として１個又は２個のスポットマークを投射してラインマークを生成するのに適している。

本発明の特に好適な実施形態において，筒型レンズは，その対称軸Ｘに対して傾斜させた少なくとも１個の端面Ａを有する傾斜円筒レンズで構成する。この傾斜端面Ａを鏡面として形成する。配置を適切に設定すれば，鏡面の端面Ａにおいて二次ビームの少なくとも一部を反射させ，装置自体及び三次ビームにより光学マークのために限定される平面の外側で，外部の別の光学マークを略スポット状に投射することが可能である。

この措置により，光学マークのための投射平面からは垂直方向だけでなく，スポットマークを上方又は下方へ投射可能となる。例えば，ラインマークは建物内スペースの壁面に投射されるのに対し，付加的又は別のスポットマークを天井又は床面に付加的に生成することが可能である。

本発明の特に有利な実施形態において，筒型レンズの両端面Ａを傾斜させた鏡面として形成することにより，２個の外部光学マークを略スポット状に投射可能である。

以下，本発明を別の視点から説明する。

従来，ラインマークは一列の不連続スポット等として回析要素により生成可能である。このラインは連続的でない点で不利である。他の常用ラインマークは簡単な筒型レンズにより生成されるが，収束度が幅広いライン上に配分される点で不利であり，光学的状況如何によっては大きく離れたラインが良好に視認できなくなる。このライン上には，多くの場合に所望される基準点が認められない。例えば，ライン上に基準点を確定するために，ラインを鉛直に整列させる必要がある。

本発明の着想は，ラインの連続性を維持しつつ，遠く離れたラインマーク上に基準点を投射可能とする点にあり，本発明装置はこれを実現するものである。

コリメートされ，又は特定の距離で合焦されたレーザビームの直径は，筒型レンズの光学的有効径よりも大である。したがって，レーザビームの２縁部領域を更に前方に向けて拡散させることが可能である。近接領域では１本のラインと２個のスポットが中心の周りに形成される。筒型レンズの外径に依存する筒型レンズから離間した遠隔領域では，スポットにおける両周辺ビームが１個のスポットと干渉する。

ビーム直径及び絞りは，特定の形状とすることが可能であり，主レーザビームの周辺に形成されるために遠隔領域におけるスポットの生成に影響を及ぼすものである。

これらの絞りは円形又は角形とすることができる。

レーザビームの長軸Ａは，筒型レンズ軸線Ｚに対して直交させることができる。

例えば，周辺ビームは円形絞りにより遮断可能であるため，周辺ビームの一側は屈折する。すなわち，周辺ビームは非対称性を呈する。それに対し，角形絞りによる周辺ビームは略左右対称となり，回析像は良好な対称性を有する。

絞りサイズの影響：
絞り直径が大きい程，又は矩形の幅が長くなる程，回析像は水平方向で狭まる。すなわち，水平方向の解像度が向上する。

二次ビームの断面における楕円の長軸は，筒型レンズの円筒軸線に対して平行に配置することが可能である。この実施形態は「ライン・ドット・レーザ」とも称される。この場合におけるレーザビームの幅は条件付で限定されるため，絞りの形状は絞りのサイズよりも大きな影響を回析像に及ぼす。幅を拡大すればエネルギ損失が増大し，ラインマークの視認性にも問題が生じる。

外部のスポットマークに対し，相反する方向に整列した２本のスポットビームを付加的に投射可能とし，２個の鏡面において反射させて筒型レンズ上で統合する。筒型レンズの両端部は，円筒軸線に対して４５°の角度をなす鏡面を有する。これらの鏡面は互いに９０°の角度をなす。この実施形態は「ライン・マルチビーム・レーザ」とも称される。

レーザビームの楕円の長軸Ａは，２個の丸い絞りを結ぶ線に対して平行に配置することができる。両方の４５°鏡面Ａでは２本の部分ビームが９０°で転向される。レーザビームの断面における短辺（又は幅）Ｂを筒型レンズの直径Ｄより大とすることにより，レーザビームの一部を筒型レンズの両側を通過させて更に拡散させることが可能である。これにより生成した２個のビームスポットは，線形レーザが投射される平面上で９０°直角に位置する。

図１７に示すように，本発明に係るレーザ装置には，ライン・ドット・レーザとしてのモジュールＡと，ライン・マルチビーム・レーザとしてのモジュールＢとを組み合わせて配置することができる。両モジュールを支持体上に固定配置して，モジュールＡ，Ｂの両ラインマークを互いに直交させ，２個のスポットマークを上方及び下方に投射可能とする。モジュールＡ、Ｂのスポットレーザは直交座標系を形成すると共に共通の原点を有する。全体構造は，安定なコード又はファイバ等の振り子により懸架する。重力作用により，全体構造は垂線方向に整列され，往復振動するものである。

ライン・ドット・レーザの整列：
ライン・ドット・レーザには三通りの配置が考えられる。
・ラインが水平に位置する。
・ラインが垂直に位置し，スポットマークは水平レベルに位置する。
・ラインが整列され，スポットマークはモジュールを通じて垂直に位置する。

実施に際しては３種類の光学ユニットを使用することにより，上記の３位置を組み合わせることが考えられる。

ライン・マルチビーム・レーザの整列：
ライン・マルチビーム・レーザには二通りの位置が可能である。すなわち，両スポットが垂直に整列するように投射し，又は両スポット及びスポットマークが水平レベルに位置するように投射する。

以下，本発明を図示の実施形態について更に具体的に説明する。

各実施形態において，機能的に対応する構成要素については同一の参照符号を付し，重複説明を省略する。

図１は，スポット状の光学マークを投射するための本発明によるレーザ装置１を示す。

レーザ装置１の主要構成要素は，光源手段Ｑ，コリメータ光学系Ｋ及び投射光学系Ｐである。光源手段Ｑは一次ビームＬ１を発生する。コリメータ光学系Ｋは少なくとも一次ビームＬ１の一部を入射させ，コリメート，平行化及び所要に応じて拡幅を行って二次ビームＬ２を生成する。更に，コリメータ光学系Ｋから二次ビームＬ２を所定の方向性をもって出射させ，光路中に配置した投射光学系Ｐに少なくとも部分的に入射させる。図１に示す実施形態では，投射光学系Ｐが筒型レンズＺで構成される。図１は，本発明に係るレーザ装置１の光学的配置を示しており，ここでは投射光学系Ｐの筒型レンズＺが円筒レンズで構成されている。

筒型レンズZには二次ビームＬ２が入射する際，筒型レンズＺの筒型領域ＺＡには二次ビームＬ２の中心ビームＬ２Ｒが略完全に入射する。同時に，二次ビームＬ２の隣接する周辺ビームＬ２Ｒが筒型レンズＺの外面Ｍを直接透過し，三次ビームＬ３の周辺ビームＬ３Ｒに転移する。二次ビームＬ２の中心ビームＬ２Ｒは，投射光学系Ｐの筒型レンズＺにより屈折する。それにより中心ビームＬ２Ｚが拡散するため，筒型レンズＺから出射された中心ビームＬ３Ｚは所定の面内で広い空間中に隈なく拡散する。

図１に示す実施形態において，二次ビームＬ２又は三次ビームＬ３の２本の周辺ビームＬ２Ｒ，Ｌ３Ｒは，壁面Ｗ等の対象物に三次ビームＬ３が投射される際にスポット状のマークＭＰを生成する。図１に示した配置における近接領域では，両周辺ビームＬ２Ｒ，Ｌ３Ｒが分離されたスポットマークＭＰを生成する。同時に，壁面Ｗに対応するラインマークＭＬを，三次ビームＬ３の対応する中心ビームＬ３Ｚにより生成するものである。

三次ビームＬ３の周辺ビームＬ３Ｒはスポットマーク用のビームＬＭＰを生成し，三次ビームＬ３の中心ビームＬ３Ｒはラインマーク用のビームＬＭＬを生成する。

二次ビームＬ２及び対応する周辺ビームＬ２Ｒ又は中心ビームＬ２Ｚの配置に影響を及ぼすため，図１に示す実施形態では，コリメータ光学系Ｋと投射光学系Ｐとの間に絞りＢを配置する。

図２は，図１に示した構成と類似する実施形態を示している。光源手段Ｑはレーザダイオード又はレーザダイオードアレイから構成される。更に，各種の光学レンズ系を含むコリメータ光学系Ｋには，図１に示した実施形態におけると同様の絞りも含まれている。

図３は，壁面Ｗに投射されたラインマークＭＬ及びスポットマークＭＰで構成される光学マークを示す写真であり，近接領域における放射視野，すなわち強度分布の近隣視野を示している。

これに対し，図４は光学マーク投射装置１から離隔した遠隔視野における強度分布を示す写真である。光学的配置及び使用した光の特性により，三次ビームL３の両周辺ビームL３Ｒが干渉するため，ラインマークＭＬの他に壁面Ｗには単一の重畳スポットマークＭＰだけが視認可能である。

図５〜図８は，使用した絞りＢの二次ビームＬ２と投射光学系Ｐの筒型レンズＺとの間の種々の位置関係を示している。

以下の図面においては，半径Ｒの基礎円で構成される円筒レンズで投射光学系Ｐの筒型レンズＺを構成している。したがって，円筒レンズＺは，半径Ｒの２倍の実効径又は光学的有効径Ｄを有する。以下，全ての記載事項は筒型レンズＺにおける基礎円の半径Ｒを基準とした相対的な記述である。

二次ビームＬ２は，長軸Ａ及び短軸Ｂを有する楕円断面とする。

図５に示す実施形態において，長軸Ａは筒型レンズＺの対称軸Ｘに対して直交し，その長さは筒型レンズＺの半径の約８倍又は筒型レンズＺの光学的有効径Ｄの１倍である。二次ビームＬ２の短軸Ｂは，筒型レンズＺの対称軸Ｘに対して平行に配置し，その長さは筒型レンズＺの半径Ｒの約２倍又は筒型レンズＺの光学的有効径Ｄとする。図５に示した実施形態では，絞り径がＲｋＢの円形絞りＢを使用する。この絞り径は，筒型レンズＺの光学的有効径Ｄの２倍又は筒型レンズＺの半径の４倍である。絞りＢ及び二次ビームＬ２は互いに同軸的に配置する。二次ビームL２の周辺ビームＬ２Ｒは，筒型レンズZの外面Ｍを透過させる。二次ビームL２の中心ビームＬ２Ｚ視認可能であり，これは投射光学系Ｐの筒型レンズＺの筒型領域ＺＡを略完全に透過する。

図５とは異なり，図６では角形絞りＢが使用されている。この絞りの長手方向縁部又は長辺ｃ＝５Ｒ＝２．５Ｄは，筒型レンズＺの対称軸Ｘに対して直交させる。短辺ｄ＝３Ｒ＝１．５Ｄは，筒型レンズＺの対称軸Ｘに対して平行に配置する。この配置においても，二次ビームＬ２の断面は角形絞りと同軸的に配置する。

図７〜図１０に示す実施形態において，二次ビームＬ２の断面における長軸Ａは，筒型レンズＺの対称軸Ｘに対して平行に配置され，その長さは筒型レンズＺの半径Ｒの１２倍又は筒型レンズＺの光学的有効径Ｄの６倍である。二次ビームＬ２の断面における短軸Ｂは，筒型レンズＺの対称軸Ｘに対して直角に配置され，その長さは筒型レンズＺの半径Ｒの４倍又は筒型レンズＺの光学的有効径Ｄの２倍である。

図７及び図８に示す実施形態は，二次ビームL２の断面に対して同軸に配置され，半径ＲｋＢ＝４Ｒ＝２Ｄ又はＲｋＢ＝６Ｒ＝３Ｄとした円形絞りＢを具えるものである。

図９及び図１０に示す角形絞りＢは，筒型レンズＺの対称軸Ｘに対して平行又は直角に延在する長縁部ｃを具える。長縁部ｃの長さは，筒型レンズの半径Ｒの４倍（光学的有効径Ｄの２倍）又は筒型レンズＺの半径の６倍（光学的有効径Ｄの３倍）である。図９及び図１０に示す角形絞りＢの短辺ｄの長さは，ｄ＝３Ｒ＝１．５Ｄ又はｄ＝４Ｒ＝２Ｄである。

図１１〜図１４は，本発明に係るレーザ装置１に係る実施形態を示している。投射光学系Ｐの筒型レンズＺは傾斜円筒レンズで構成され，その対称軸Ｘに対して４５°だけ傾斜した端面Ａは鏡面として形成されている。したがって，二次ビームＬ２の一部が反射され，ラインマークＭＬのための投射面に対して直角に外部の別のスポットマーク（ＭＰｅ）が投射可能となる。これらの付加的な外部のスポットマークＭＰｅは，図１１に示すように，筒型レンズＺの鏡面Ａにおいて反射したビームLＭＭｅにより投射されるものである。

図１２は，図１１に示した状態に地王する側面図である。ここでも別の寸法表記がなされている。筒型レンズＺの直径はＲである。ラインマークを投射するための筒型領域ＺＡは，筒型レンズＺの半径Ｒの１．８倍に相当する高さを有する。

図１３は，二次ビームＬ２及び絞りＢに係る詳細を示している。これらは，図１１及び図１２に示した光学マークを投射するためのレーザ装置１の特別な実施形態について適用可能である。

図１３に示す実施形態においても，長軸Ａは筒型レンズZの対称軸Ｘに対して平行に延在すると共に，その長さは筒型レンズＺの半径Ｒの９倍又は筒型レンズＺの光学的有効径Ｄの４．５倍に相当する。二次ビームL２の断面における短軸Ｂは，筒型レンズZの対称軸Ｘに対して直角に延在すると共に，その長さは筒型レンズZの半径Ｒの約３倍又は筒型レンズZの光学的有効径Ｄの１．５倍に相当する。絞りＢは，３個の凹所Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３を有するディスクで構成する。第１凹所Ｂ１は，本来のラインマークＭＬ及び本来のスポットマークＭＰを生成するために，周辺ビームＬ２Ｒ及び中心ビームＬ２Ｚを発生させる角形形状を有する。長辺ｃ＝３．５Ｒ＝１．７５Ｄは，筒型レンズＺの対称軸Ｘに対して直角に延在するのに対し，短辺ｄ＝１．６Ｒ＝０．８Ｄは筒型レンズＺの対称軸Ｘに対して平行に配置される。絞り手段Ｂの凹所Ｂ２，Ｂ３は略同様の円形であり，半径ＲｋＢ＝１．７Ｒ＝０．８５Ｄである。これらの円形凹所Ｂ２，Ｂ３は鏡面Ａに関して同軸的に配置する。

図１４は，図１１〜図１３に示した配置の使用状態を示す斜視図である。図１４の配置には，入射する二次ビームL２が示されていない。傾斜円筒レンズで構成する投射光学系Ｐの筒型レンズＺは，上下の端面Ａを鏡面として形成する。筒型レンズＺの端面では，図示しない二次ビームＬ２の成分が直角上方又は下方に向けて反射される。すなわち，生成すべき外部のスポットマーキングＭＰｅ用のビームＬＭＭｅとなる。ここに「直角方向」とは，三次ビームＬ３Ｚ又はラインマークＬＭＬにより形成される平面に関するものである。ここでも，三次ビームＬ３の周辺ビームとしてスポットマークビームＬＭＰが生成されるものである。

図１５及び図１６は，本発明によるモジュールＡ，Ｂを含むレーザ装置１を示す。モジュールＡは図１１〜図１４に示した実施形態に略同一であり，モジュールＢは図１〜図１０に示した構成と略同一である。

図１７は，位置決め装置１０の領域におけるモジュールＡ，Ｂの配置を示している。この位置決め装置１０は，ハウジング等よりなるモジュール支持体Ｇを具える。モジュール支持体Ｇ上には，モジュールＡ，Ｂ及び所要に応じて別のモジュールを固定配置する。モジュールＡ，Ｂは，三次ビームＬ３により限定される平面が互いに略直交すると共に，各スポットマークビームＬＭＰにより設定した直線も同様に互いに直交するように配置する。ハウジング又はモジュール支持体Ｇを振り子ファイバＦに固定することにより，振り子ファイバＦ及びモジュール担体Ｇにより形成した振り子を直角に整列させると，重力場の下でモジュールＡにより設定された平面上で振り子ファイバＦが直立すると共に，モジュールＢにより設定された平面に対して平行に延在する。

図１８〜図２０に示した配置は，図１〜図１０に示した実施形態又は図１１〜図１４に示した実施形態で考え得る相対的位置関係決め及び指向性を示している。図１８に従い，図１〜図１０による配置は３種類の基本的な位置関係を規定する。それに対し，図１１〜図１４の実施形態においては，基本的に２種類だけの位置関係を二次元空間内で規定する。

本発明に係るレーザ装置の実施形態を示す説明図である。 本発明装置の実施形態を示す説明図である。 本発明装置による近接視野における光学マークを示す写真である。 本発明装置による遠隔視野における光学マークを示す写真である。 本発明装置の他の実施形態を示す説明図である。 本発明装置の他の実施形態を示す説明図である。 本発明装置の他の実施形態を示す説明図である。 本発明装置の他の実施形態を示す説明図である。 本発明装置の他の実施形態を示す説明図である。 本発明装置の他の実施形態を示す説明図である。 本発明装置の他の実施形態を示す説明図である。 本発明装置の他の実施形態を示す説明図である。 本発明装置の他の実施形態を示す説明図である。 本発明装置の他の実施形態を示す説明図である。 本発明装置を含むモジュールの一例を示す説明図である。 本発明装置を含むモジュールの他の例を示す説明図である。 図１５又は図１６のモジュールに係る応用例を示す説明図である。 図１５又は図１６のモジュールに係る他の応用例を示す説明図である。 図１５又は図１６のモジュールに係る他の応用例を示す説明図である。 図１５又は図１６のモジュールに係る他の応用例を示す説明図である。

符号の説明

Ａ 二次ビームL２の長軸
Ａ 端面
Ｂ 二次ビームL２の短軸
Ｂ 絞り手段
ｃ，ｄ 角形絞りの縁部
Ｄ 光学的有効径
Ｌ１ 一次ビーム
Ｌ２ 二次ビーム
Ｌ２Ｒ 周辺ビーム
Ｌ２Ｚ 中心ビーム
Ｌ３ 三次ビーム
Ｌ３Ｒ スポットマーク用のビーム
Ｌ３Ｚ ラインマーク用のビーム
ＬＭ マーカビーム
ＬＭＬ ラインマーク用のビーム
ＬＭＰ スポットマーク用のビーム
Ｍ 外面
ＭＬ ラインマーク
ＭＰ スポットマーク
ＭＰｅ 外部の別のスポットマーク
Ｐ 投射光学系
Ｑ 光源手段
Ｒ 筒型レンズZの半径
ＲｋＢ 円形絞り
Ｗ 壁面
Ｘ 筒型レンズZの対称軸
Ｚ 筒型レンズ
ＺＡ 筒型レンズの円筒部分

Claims (18)

1. 光学マークを投射するためのレーザ装置であって，
   一次ビーム（Ｌ１）を発生するための光源手段（Ｑ）と，
   一次ビーム（Ｌ１）を入射させ，該一次ビームについてコリメート，平行化及び拡幅を行うことにより平行光束としての二次ビーム（Ｌ２）に転移させて出射させるためのコリメータ光学系（Ｋ）と，
   二次ビーム（Ｌ２）の少なくとも一部（Ｌ２Ｚ）を入射させ，該二次ビーム（Ｌ２）を少なくとも１本の三次ビーム（Ｌ３）又はマーカビーム（ＬＭ）に転移させ，少なくとも１個の光学マーク（ＭＬ，ＭＰ）として投射するための投射光学系（Ｐ）とを具え，
   投射光学系（Ｐ）に二次ビーム（Ｌ２）の少なくとも一部（Ｌ２Ｚ）を入射させ，
   投射光学系（Ｐ）における所定の領域（ＺＡ）に二次ビーム（Ｌ２）の中心ビーム（Ｌ２Ｚ）を透過させ，
   二次ビーム（Ｌ２）の中心ビーム（Ｌ２Ｚ）に隣接する少なくとも１本の周辺ビーム（Ｌ２Ｒ）を投射光学系（Ｐ）における前記領域（ＺＡ）の縁部又は外面から出射させ，
   二次ビーム（Ｌ２）の中心ビーム（Ｌ２Ｚ）を筒型レンズ（Ｚ）により拡散させ，三次ビーム（Ｌ３）の一部（Ｌ３Ｚ）又は光学マーク（ＭＬ）用のラインマークビーム（ＬＭＬ）として直線状に投射し，
   二次ビーム（Ｌ２）における少なくとも１本の周辺ビーム（Ｌ２Ｒ）を三次ビーム（Ｌ３）の一部（Ｌ３Ｒ）又は光学マーク（ＭＰ）用のスポットビーム（ＬＰＭ）としてスポット状に投射することを特徴とするレーザ装置。
2. 請求項１記載の装置において，
   投射光学系（Ｐ）に含まれる筒型レンズ（Ｚ）に二次ビーム（Ｌ２）の少なくとも一部（Ｌ２Ｚ）を入射させ，
   投射光学系（Ｐ）の前記領域（ＺＡ）を構成する筒型レンズ（Ｚ）の筒型領域（ＺＡ）に，光学マーク（ＭＬ）用の二次ビーム（Ｌ２）の中心ビーム（Ｌ２Ｚ）を直線状に透過させ，
   光学マーク（ＭＰ）用の二次ビーム（Ｌ２）の中心ビーム（Ｌ２Ｚ）に隣接する少なくとも１本の周辺ビーム（Ｌ２Ｒ）をスポット状に前記筒型領域（ＺＡ）の縁部又は外面から出射させることを特徴とするレーザ装置。
3. 請求項１〜２の何れか一項に記載の装置において，一次ビーム（Ｌ１）を発生するための光源手段（Ｑ）を，コヒーレント光及び／又はモノクローム光の光源で構成したことを特徴とするレーザ装置。
4. 請求項１〜３の何れか一項に記載の装置において，前記光源手段（Ｑ）をレーザ光源で構成したことを特徴とするレーザ装置。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載の装置において，前記光源手段（Ｑ）を少なくとも１個のレーザダイオードで構成したことを特徴とするレーザ装置。
6. 請求項１〜５の何れか一項に記載の装置において，二次ビーム（Ｌ２）を形成するために，コリメータ光学系（Ｋ）と投射光学系（Ｐ）との間に絞り手段（Ｂ）を配置したことを特徴とするレーザ装置。
7. 請求項６記載の装置において，前記絞り手段（Ｂ）を二次ビーム（Ｌ２）の断面に対して略同軸的に配置される円形絞り又は角形絞りで構成したことを特徴とするレーザ装置。
8. 請求項１〜７の何れか一項に記載の装置において，筒型レンズ（Ｚ）を，基礎円に対する所定の半径（Ｒ）及び対称軸（Ｘ）を有する円筒レンズで構成したことを特徴とするレーザ装置。
9. 請求項１〜８の何れか一項に記載の装置において，筒型レンズ（Ｚ）の光学的有効径（Ｄ）を，基礎円の半径（Ｒ）の約２倍としたことを特徴とするレーザ装置。
10. 請求項１〜９の何れか一項に記載の装置において，光源手段（Q），コリメータ光学系（K）及び／又はそれらの相対的な位置関係を，二次ビーム（Ｌ２）が長軸（Ａ）及び短軸（Ｂ）を有する楕円断面となるように設定したことを特徴とするレーザ装置。
11. 請求項１０記載の装置において，二次ビーム（Ｌ２）の断面における長軸（Ａ）を，筒型レンズ（Ｚ）の対称軸（Ｘ）に対して略直角に配置したことを特徴とするレーザ装置。
12. 請求項１１記載の装置において，二次ビーム（Ｌ２）の断面における長軸（Ａ）の長さを，筒型レンズ（Ｚ）の半径（Ｒ）の約８倍又は筒型レンズ（Ｚ）の光学的有効径（Ｄ）の約４倍とし，及び／又は，二次ビーム（Ｌ２）の断面における短軸（Ｂ）の長さを，筒型レンズ（Ｚ）の半径（Ｒ）の約２倍又は筒型レンズ（Ｚ）の光学的有効径（Ｄ）の１倍としたことを特徴とするレーザ装置。
13. 請求項１１又は１２に記載の装置において，円形絞り（Ｂ）を具える場合に，その半径（ＲｋＢ）を筒型レンズ（Ｚ）の半径（Ｒ）の約４倍又は筒型レンズ（Ｚ）の光学的有効径（Ｄ）の約２倍とし，角形絞り（Ｂ）を具える場合に，筒型レンズ（Ｚ）の対称軸（Ｘ）に対して直交する第１縁部（ｃ）の長さを筒型レンズ（Ｚ）の半径（Ｒ）の約３倍又は筒型レンズ（Ｚ）の光学的有効径（Ｄ）の約１．５倍とし，及び，筒型レンズ（Ｚ）の対称軸（Ｘ）に対して平行な第２縁部（ｄ）の長さを筒型レンズ（Ｚ）の半径（Ｒ）の約５倍又は筒型レンズ（Ｚ）の光学的有効径（Ｄ）の約２．５倍としたことを特徴とするレーザ装置。
14. 請求項１０記載の装置において，二次ビーム（Ｌ２）の断面における長軸（Ａ）を，筒型レンズ（Ｚ）の対称軸（Ｘ）に対して平行に配置したことを特徴とするレーザ装置。
15. 請求項１４記載の装置において，二次ビーム（Ｌ２）の断面における長軸（Ａ）の長さを，筒型レンズ（Ｚ）の半径（Ｒ）の約１２倍又は筒型レンズ（Ｚ）の光学的有効径（Ｄ）の約６倍とし，及び／又は，二次ビーム（Ｌ２）の断面における短軸（Ｂ）の長さを，筒型レンズ（Ｚ）の半径（Ｒ）の約４倍又は筒型レンズ（Ｚ）の光学的有効径（Ｄ）の２倍としたことを特徴とするレーザ装置。
16. 請求項１４又は１５に記載の装置において，円形絞り（Ｂ）を具える場合に，その半径（ＲｋＢ）を筒型レンズ（Ｚ）の半径（Ｒ）の約４倍又は約６倍，又は，筒型レンズ（Ｚ）の光学的有効径（Ｄ）の約２倍又は約３倍とし，角形絞り（Ｂ）を具える場合に，筒型レンズ（Ｚ）の対称軸（Ｘ）に対して直交する第１縁部（ｃ）の長さを筒型レンズ（Ｚ）の半径（Ｒ）の約３倍又は約６倍，又は，筒型レンズ（Ｚ）の光学的有効径（Ｄ）の約１．５倍又は約３倍とし，筒型レンズ（Ｚ）の対称軸（Ｘ）に対して平行な第２縁部（Ｄ）の長さを筒型レンズ（Ｚ）の半径（Ｒ）の約４倍又は筒型レンズ（Ｚ）の光学的有効径（Ｄ）の約２倍としたことを特徴とするレーザ装置。
17. 請求項１〜１６の何れか一項に記載の装置において，筒型レンズ（Ｚ）をその対称軸（Ｘ）に対して傾斜した少なくとも１個の端面（Ａ）を有する傾斜円筒レンズで構成し，該端面（Ａ）を鏡面とすると共に該端面（Ａ）において二次ビーム（Ｌ２）の少なくとも一部を反射させ，レーザ装置（１）と光学マーク用の三次ビーム（Ｌ３Ｚ，ＬＭＬ）とで限定される平面の外側で，別の外部光学マーク（Ｍｅ）を略スポット状に投射することを特徴とするレーザ装置。
18. 請求項１７記載の装置において，筒型レンズ（Ｚ）の両端面（Ａ）を傾斜鏡面で構成して，２個の外部光学マーク（Ｍｅ）を略スポット状に投射することを特徴とするレーザ装置。

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