JP2006214850A

JP2006214850A - レーザ測量機

Info

Publication number: JP2006214850A
Application number: JP2005027399A
Authority: JP
Inventors: Takeyuki Ishiguro; 雄之石黒; Masamitsu Endo; 正光遠藤; Tatsuyuki Matsumoto; 辰行松本
Original assignee: Sokkia Co Ltd
Current assignee: Sokkia Co Ltd
Priority date: 2005-02-03
Filing date: 2005-02-03
Publication date: 2006-08-17

Abstract

【課題】ターゲットが設置された壁面までの距離に応じて、レーザ光の出力を自動的に調整して、墨出し作業に最適な略一定の適切な照度で前記壁面を照射するレーザ測量機を提供する。
【解決手段】可視光のレーザ光（３２）をターゲット（２）が設置された壁面に向けて出射するレーザ光源（３０）と、ターゲットで反射してくる反射レーザ光を受光する受光素子（７２）とを備えたレーザ測量機（１）において、レーザ光源に供給する電力を制御するレーザ光源駆動回路（６８Ａ）と、受光素子の出力を比較回路（７７）で基準値と比較して、受光素子の出力が略一定になるようにレーザ光源駆動回路を制御するマイクロコンピュータ（８０）とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、室内外で工事等を行うとき、可視レーザ光を設定平面内でスキャン（走査）して、水平面や鉛直面等の基準面を設定するレーザ測量機（レベルプレーナ）に関する。

図３に示したように、レベルプレーナ１は、回転部６から可視光のレーザ光３２を出射して、壁面３等に設置されたターゲット２の方向を基準にして、レーザ光３２を所定のスキャン幅θでスキャンさせることにより、水平面や鉛直面等の基準面を指示するものである。

図４に、従来のレベルプレーナの光学系と、この光学系を制御する制御系のブロック図を示す。

このレベルプレーナ１は、鉛直上方に可視光のレーザ光３１を出射するＬＤ（レーザダイオード）等のレーザ光源３０と、レーザ光源３０から出射されたレーザ光３１を平行光線のレーザ光３２とする対物レンズ４０と、このレーザ光３２を９０°偏向させて水平方向に反射してターゲット２を照射するペンタプリズム４６とを備えている。レーザ光３２の一部３４は、ペンタプリズム４６を鉛直方向に透過して、天井を照射して鉛直方向を指示するようになっている。このレーザプレーナ１には、床面を照射して鉛直下方を指示するため、鉛直下方へ対物レンズ６７を透過させてレーザ光６６を出射するレーザ光源６４も備えられる。両レーザ光源３０、６４には、マイクロコンピュータ８０によって制御される電源装置６８から給電される。

また、このレベルプレーナ１においては、対物レンズ４０とペンタプリズム４６との間には、レーザ光３２の位置ずれを補正する楔ガラス４２と、レーザ光３２を直線偏光から円偏光に変えるλ／４板４４が配置される。レーザ光源３０と対物レンズ４０との間には、後述するフォーカスレンズ３６とビームスプリッタ３８とが配置される。

このレベルプレーナ１から出射されたレーザ光３２は、ターゲット２で反射され、今来た光路を逆進し、ビームスプリッタ３８で直角方向に反射される。ビームスプリッタ３８で反射したレーザ光３２は、集光レンズ７０で受光素子７２上に集光させられる。受光素子７２の出力は、増幅器７４と波形成形回路７５を経てマイクロコンピュータ８０に入力される。

フォーカスレンズ３６は、レーザ光３２の集光点距離を調整するためのもので、マイクロコンピュータ８０によって制御されるフォーカスモータ（ステッピングモータ）５０によって移動させられ、レーザ光３２の集光点距離がターゲット２までの距離になるようするものである。これにより、レーザ光３２の照射点の照度を上げて視認性を向上させるとともに、高精度に基準面を表示できるようになっている。

ペンタプリズム４６は、回転部６（図３参照）内において、メインモータ６０で回転駆動される回転支持体６２上に固定される。メインモータ６０と回転支持体６２の中心軸に沿っては、レーザ光３２を通過させるため図示しない過貫孔が設けてある。メインモータ６０を回転させて、ペンタプリズム４６を水平回転させると、レーザ光３２は水平平面内で回転又はスキャンする。ペンタプリズム４６の回転角は、エンコーダ４９で検出されて、マイコロコンピュータ８０に入力される。マイクロコンピュータ８０は、受光素子７２によってターゲット２から反射してきたレーザ光３２を検出して、ターゲット２方向を基準にして、レーザ光３２が所定のスキャン幅θでスキャンするように、メインモータ６０を制御する。

さらに、レベルプレーナ１には、傾斜センサ７８と図示しない整準装置が備えてあって、常に水平姿勢を維持され、レーザ光３２、３４、６６により水平面及び鉛直線を指示するようになっている。
特開２００２−２９６０３４号公報

従来のレベルプレーナ１から出射されるレーザ光３２の出力は、通常一定であった。このため、レベルプレーナ１を用いて墨出し作業をしようとして、レーザ光３２で壁面をスキャンさせたとき、壁面が近いとレーザ光３２が強すぎて、レーザ光３２で照射された部分がギラギラ反射して、目視によりレーザ光３２の照射位置を精確に読み取れず、作業員には目が疲れるうえ墨出し作業を行い難いという問題があった。

本発明は、前記問題に鑑みてなされたもので、ターゲットが設置された壁面までの距離に応じて、レーザ光の出力を自動的に調整して、墨出し作業に最適な略一定の照度で前記壁面を照射するレーザ測量機を提供する。

前記の問題を解決するため、請求項１に係る発明では、可視光のレーザ光をターゲットが設置された壁面に向けて出射するレーザ光源と、前記ターゲットで反射してくる反射レーザ光を受光する受光素子とを備えたレーザ測量機において、前記レーザ光源に供給する電力を制御するレーザ光源駆動回路と、前記受光素子の出力が略一定になるように前記レーザ光源駆動回路を制御するレーザ光源制御手段とを備えたことを特徴とする。

請求項２に係る発明では、可視光のレーザ光をターゲットが設置された壁面に向けて出射するレーザ光源を備えたレーザ測量機において、前記レーザ光源への供給電力を制御するレーザ光源駆動回路と、前記壁面までの距離を測定又は推測し、前記距離が小さくなるほど、前記レーザ光源駆動回路を制御して前記供給電力を小さくするレーザ光源制御手段とを備えたことを特徴とする。

請求項３に係る発明では、請求項２に係る発明において、前記レーザ光の集光点距離を調節する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、該フォーカスレンズの位置を検出する位置センサとを備え、前記レーザ光源制御手段は前記位置センサの出力に基づいて前記距離を推測することを特徴とする。

請求項４に係る発明では、請求項２に係る発明において、前記レーザ光の集光点距離を調節する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、前記フォーカスモータの回転角を検出する回転角センサとを備え、前記レーザ光源制御手段は前記回転角センサの出力に基づいて前記距離を推測することを特徴とする。

請求項５に係る発明では、請求項２に係る発明において、前記レーザ光の集光点距離を調節するフォーカスレンズと、該フォーカスレンズを移動させるステッピングモータとを備え、前記レーザ光源制御手段は前記ステッピングモータに送ったパルスを計数し、該パルス数に応じて前記距離を推測することを特徴とする。
請求項６に係る発明では、請求項２に係る発明において、前記ターゲットで反射してくる反射レーザ光を受光する受光素子を備え、前記レーザ光源制御手段は、レーザ光源に所定電力を供給したときの前記受光素子の出力から前記ターゲット又は壁面までの距離を推測することを特徴とする。

以上の説明から明らかなように、請求項１に係る発明によれば、可視光のレーザ光をターゲットが設置された壁面に向けて出射するレーザ光源と、前記ターゲットで反射してくる反射レーザ光を受光する受光素子とを備えたレーザ測量機において、前記レーザ光源に供給する電力を制御するレーザ光源駆動回路と、前記受光素子の出力が略一定になるように前記レーザ光源駆動回路を制御するレーザ光源制御手段とを備えたから、ターゲットまでの距離が短くなっても、受光素子からの出力が所定値に維持されるように、レーザ光源制御手段によってレーザ光源駆動回路を制御してレーザ光源から出射するレーザ光を弱くする。このため、ターゲットが設置された壁面を常に略一定の適切な照度で照射することができ、壁面までの距離が近くなっても、レーザ光で照射された部分がギラギラと輝いて周辺がにじむ状態が少なくなり、目視によりレーザ光の照射位置を精確に読み取れ、作業員は目が疲れることなく墨出し作業を行うことができ、非常に使い易いレーザ測量機が得られる。

請求項２に係る発明によれば、可視光のレーザ光をターゲットが設置された壁面に向けて出射するレーザ光源を備えたレーザ測量機において、前記レーザ光源への供給電力を制御するレーザ光源駆動回路と、前記壁面までの距離を測定又は推測し、前記距離が小さくなるほど、前記レーザ光源駆動回路を制御して前記供給電力を小さくするレーザ光源制御手段とを備えたから、ターゲットが設置された壁面までの距離が小さくなると、レーザ光源制御手段によってレーザ光源駆動回路を制御してレーザ光源から出射するレーザ光を弱くして、前記壁面を常に略一定の照度で照射する。このため、請求項１に係る発明と同じ効果を奏する。

請求項３に係る発明によれば、さらに、レーザ光の集光点距離を調節する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、該フォーカスレンズの位置を検出する位置センサとを備え、レーザ光源制御手段は前記位置センサの出力に基づいて前記距離を推測するから、請求項２に係る発明と同じ効果を奏する。

請求項４に係る発明によれば、さらに、レーザ光の集光点距離を調節する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、前記フォーカスモータの回転角を検出する回転角センサとを備え、前記レーザ光源制御手段は前記回転角センサの出力に基づいて前記距離を推測するから、請求項２に係る発明と同じ効果を奏する。

請求項５に係る発明によれば、さらに、前記レーザ光の集光点距離を調節するフォーカスレンズと、該フォーカスレンズを移動させるステッピングモータとを備え、前記レーザ光源制御手段は前記ステッピングモータに送ったパルスを計数し、該パルス数に応じて前記距離を推測するから、請求項２に係る発明と同じ効果を奏する。しかも、前記距離を測定又は推測するためのセンサ等を必要としないため、本発明のレーザ測量機を極めて安価に実現できる。

請求項６に係る発明によれば、さらに、ターゲットで反射してくる反射レーザ光を受光する受光素子とを備え、前記レーザ光源制御手段は前記受光素子の出力から前記ターゲットが設置された壁面までの距離を推測するから、請求項２に係る発明と同じ効果を奏する。

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。本実施例のレベルプレーナの光学系及びこの光学系を制御する制御系を図１に示す。

このレベルプレーナ１Ａは、鉛直上方に可視光のレーザ光３１を出射するＬＤ等のレーザ光源３０と、レーザ光源３０から出射されたレーザ光３１を略平行光線のレーザ光３２とする対物レンズ４０と、このレーザ光３２を水平方向に反射してターゲット２を照射するペンタプリズム４６とを備えている。

また、このレベルプレーナ１Ａにおいては、対物レンズ４０とペンタプリズム４６との間には、レーザ光３２の位置ずれを補正する楔ガラス４２と、レーザ光３２を直線偏光から円偏光に変えるλ／４板４４が配置される。レーザ光源３０と対物レンズ４０との間には、後述するフォーカスレンズ３６とビームスプリッタ３８が配置される。ターゲット２で反射して来たレーザ光３２は、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で受光素子７２上に集光するようになっている。受光素子７２の出力は、増幅器と波形成形回路を含む受光回路７３を経てマイクロコンピュータ８０に入力される。

フォーカスレンズ３６は、マイクロコンピュータ８０によって制御される駆動回路５０Ａからの駆動電流によって駆動されるフォーカスモータ（ステッピングモータ）５０によって移動させられる。

ペンタプリズム４６は、回転部６内に収容されるとともに、メインモータ６０で回転駆動される回転支持体６２上に固定されている。メインモータ６０を回転させて、ペンタプリズム４６を水平回転させると、レーザ光３２は水平平面内で回転又はスキャンする。ペンタプリズム４６の回転角は、エンコーダ４９で検出されて、マイコロコンピュータ８０に入力される。マイクロコンピュータ８０は、受光素子７２によってターゲット２から反射してきたレーザ光３２を検出して、ターゲット２方向を基準にして、レーザ光３２が所定のスキャン幅θでスキャンするように、メインモータ６０を制御する。

さらに、このレベルプレーナ１Ａは、図示しない傾斜センサと整準装置を備えていて、常に水平姿勢を維持している。

以上に説明したレベルプレーナ１Ａの構成は、図４に示した従来例と同じであるから、これ以上の説明は省略する。この他に、このレベルプレーナ１Ａは、以下に説明するように、レーザ光源３０に供給する電力を制御するレーザ光源駆動回路６８Ａと、ターゲット２が設置された壁面までの距離に応じて、レーザ光源駆動回路６８Ａを制御するために後述するレーザ光源制御手段とを備えていて、レーザ光３２の強度すなわち照射点での照度を自動的に最適に調整するようになっている。

レーザ光源制御手段としては種々のものがあり、第１のレーザ光源制御手段は、受光回路７３の出力と基準信号と比較する比較回路７７と、この比較回路の出力が入力されるマイクロコンピュータ８０からなる。マイクロコンピュータ８０は、比較回路７７で受光回路７３の出力と基準信号との差を検出しており、この差に応じてレーザ光源駆動回路６８Ａを制御し、受光回路７３の出力と基準信号との差が無くなるように、レーザ光源駆動回路６８Ａを制御する。これで、常に受光素子７２に常に一定の反射レーザ光が入力することになり、レーザ光３２はターゲット２を設置した壁面も常に略一定の適切な照度で照射することになり、壁面が近い場合でも、レーザ光３２で照射された部分がギラギラ反射せず、目視によりレーザ光３２の照射位置を精確に読み取れ、作業員には目が疲れることなく、墨出し作業を行うことができる。

第２のレーザ光源制御手段は、フォーカスモータ５０にステッピングモータを使用し、マイクロコンピュータ８０は、フォーカスモータ５０に送ったパルス数を数え、フォーカスレンズ３６の無限遠の位置を基準にして、前記フォーカスレンズ３６の移動量を前記フォーカスモータ５０へ送ったパルス数から得て、この移動量とフォーカスレンズ３６の焦点距離とから、レーザ光３２の集光距離すなわちターゲット２が設置された壁面までの距離を計算して求め、この距離に応じて、レーザ光源３０に供給する電力をレーザ光源駆動回路６８Ａで制御するものである。ここで、レベルプレーナ１Ａのレーザ光源３０に供給する電力は通常１ｍＷ程度であるが、壁面までの距離が約３０ｍ以下になると、作業者にはレーザ光３２の照射部を眩しく感じ出すので、図２の実線に示したように、レーザ光源３０への供給電力は、距離３０ｍ以下では距離が小さくなるほど、レーザ光源３０へ供給する電力を小さくし、距離３０ｍ以上では１ｍＷ程度で一定にする。ただし、レーザ光源３０への供給電力は、距離に応じて直線的に変化させる必要はなく、図２に鎖線で示した範囲内で距離に応じてレーザ光源３０へ供給する電力を変化させればよい。この第２のレーザ光源制御手段は、新たな部品を必要としないため、ほとんどコストを増加させず、前記第１のレーザ光源制御手段と同じ機能を実現できる。

第３のレーザ光源制御手段は、フォーカスレンズ３６の位置を検出する図示しない位置センサ（例えば、パルスモータ）を備え、マイクロコンピュータ８０は、フォーカスレンズ３６の無限遠の位置を基準にして、前記フォーカスレンズ３６の移動量を前記位置センサの出力から得て、この移動量とフォーカスレンズ３６の焦点距離とから、レーザ光３２の集光距離すなわちターゲット２が設置された壁面までの距離を計算して求め、この距離に応じて、前記第２の制御手段と同様にレーザ光源駆動回路６８Ａを制御するものである。

第４のレーザ光源制御手段は、フォーカスモータ５０の回転角を検出する図示しない角度センサ（例えば、エンコーダ）を備え、マイクロコンピュータ８０は、フォーカスレンズ３６の無限遠の位置を基準にして、前記フォーカスレンズ３６の移動量を前記角度センサの出力から得て、この移動量とフォーカスレンズ３６の焦点距離とから、レーザ光３２の集光距離すなわちターゲット２が設置された壁面までの距離を計算して求め、この距離に応じて、前記第２の制御手段と同様にレーザ光源駆動回路６８Ａを制御するものである。

第５のレーザ光源制御手段は、受光回路７３の出力電圧を読む図示しない電圧計を備え、マイクロコンピュータ８０は、レーザ光源駆動回路６８Ａからレーザ光源３０に所定電圧を供給させて、レーザ光３２を出射し、受光素子７２で反射レーザ光を受光し、このときの電圧計出力を読んで、予め電圧計出力と距離との関係のテーブルを記憶しておき、このテーブルを用いて、ターゲット２が設置された壁面までの距離を求め、この距離を用いて前記第２の制御手段と同様にレーザ光源駆動回路６８Ａを制御するものである。

以上の５つのレーザ光源制御手段から適宜１つを選択して備えればよい。もちろん、５つのレーザ光源制御手段の全部を備えてもよいが、５つのレーザ光源制御手段から適宜複数個を選択して用いてもよい。

本実施例によれば、ターゲット２までの距離が小さくなると、レーザ光源制御手段によって、レーザ光源３０へ供給する電力を自動的に小さくし、レーザ光３２の照射部分を略一定の適切な照度に保つので、レーザ光３２の照射面がぎらぎらして目視困難になることがなく、非常に使い易いレーザプレーナとなる。

ところで、本発明は、前記実施例に限るものではなく、種々の変形が可能である。たとえば、ターゲット２までの距離を測定又は推測するのには、前記実施例の方式に限らず、光波距離計や超音波距離計等、適宜の距離測定手段又は距離推測手段の使用が可能である。

本発明の一実施例に係るレーザ測量機（レベルプレーナ）のブロック図である。前記レーザ測量機において、壁面までの距離とレーザ光源への供給電力との関係を示す図である。従来のレベルプレーナの概観を示す図である。従来のレベルプレーナの一例を示すブロック図である。

符号の説明

１レーザ測量機（レベルプレーナ）
２ターゲット
３０レーザ光源
３２レーザ光
３６フォーカスレンズ
５０フォーカスモータ（ステッピングモータ）
７２受光素子
７７比較回路（レーザ光源制御手段）
８０マイクロコンピュータ（レーザ光源制御手段）

Claims

可視光のレーザ光をターゲットが設置された壁面に向けて出射するレーザ光源と、前記ターゲットで反射してくる反射レーザ光を受光する受光素子とを備えたレーザ測量機において、
前記レーザ光源に供給する電力を制御するレーザ光源駆動回路と、前記受光素子からの出力が略一定になるように前記レーザ光源駆動回路を制御するレーザ光源制御手段とを備えたことを特徴とするレーザ測量機。
可視光のレーザ光をターゲットが設置された壁面に向けて出射するレーザ光源を備えたレーザ測量機において、
前記レーザ光源への供給電力を制御するレーザ光源駆動回路と、前記壁面までの距離を測定又は推測し、前記距離が小さくなるほど、前記レーザ光源駆動回路を制御して前記供給電力を小さくするレーザ光源制御手段とを備えたことを特徴とするレーザ測量機。
前記レーザ光の集光点距離を調節する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、該フォーカスレンズの位置を検出する位置センサとを備え、
前記レーザ光源制御手段は前記位置センサの出力に基づいて前記距離を推測することを特徴とする請求項２に記載のレーザ測量機。
前記レーザ光の集光点距離を調節する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、前記フォーカスモータの回転角を検出する回転角センサとを備え、
前記レーザ光源制御手段は前記回転角センサの出力に基づいて前記距離を推測することを特徴とする請求項２に記載レーザ測量機。
前記レーザ光の集光点距離を調節するフォーカスレンズと、該フォーカスレンズを移動させるステッピングモータとを備え、
前記レーザ光源制御手段は前記ステッピングモータに送ったパルスを計数し、該パルス数に応じて前記距離を推測することを特徴とする請求項２に記載のレーザ測量機。
前記ターゲットで反射してくる反射レーザ光を受光する受光素子を備え、
前記レーザ光源制御手段は、前記レーザ光源に所定電力を供給したときの前記受光素子からの出力から前記ターゲット又は壁面までの距離を推測することを特徴とする請求項２に記載のレーザ測量機。