JP2006317291A - レーザー墨出器 - Google Patents

Abstract

【課題】 ライン光の光量の変動を防止することのできるレーザー墨出器の提供。
【解決手段】 レーザー墨出器１は、レーザー光源２４と、ビームスプリッタ２３０と、広角レンズ２６ａ、２６ｂ、２６ｃと、鉛直機構２２とを備えている。ビームスプリッタ２３０は、レーザー光源２４から出射されたレーザービームを複数の異なる方向へのレーザービームに分割する。広角レンズ２６ａ、２６ｂ、２６ｃは、ビームスプリッタ２３０によって分割されたレーザービームをライン光へ変換する。鉛直機構２２は、分割されたレーザービームが広角レンズ２６ａ、２６ｂ、２６ｃから水平面に対して所定方向に出射されるようにビームスプリッタ２３０を支持する。ビームスプリッタ２３０は、一方の面に無偏光被膜２３３ａが付加されたハーフミラー２３３を有し、レーザービームは、前記一方の面に入射する。
【選択図】図２

Description

本発明はレーザー墨出器に関し、特に、１つの光源からのレーザービームを分割して複数のライン光を出射するレーザー墨出器に関する。

近年、建設現場等で基準線を引くための墨出し作業には、レーザー光線により壁等に直線を投影するレーザー墨出器が用いられている。例えば、基台上にジャイロ機構を介してレーザー光学系を搭載した鏡筒部材を懸垂支持し、上記レーザー光学系により天井面、床面 、及び側壁面にそれぞれ天井面投射ビーム,床面投射ビーム及び側壁面投射ビームを同時に出射可能に構成したレーザー墨出器であって、前記レーザー光学系は、単一のレーザー光源と、このレーザー光源から出射するレーザービームを上向き鉛直ビーム、下向き鉛直ビーム、及び水平ビームに偏光する偏光手段と、前記天井面投射ビームと床面投射ビームとを単一の鉛直軸上に整合する鉛直軸整合手段とを具備して成り、前記ジャイロ機構により鏡筒部材を水平に懸垂した構成を特徴とするレーザー墨出器について特許文献１に開示されている。

また、ガラス又はプラスチック等の光を透過する複数の部材を接合又は貼り合わせ、全体として直方体形状をした偏光手段について特許文献２に開示されている。
特開平１０−１４１９５７号公報

ところで、従来のレーザー墨出し装置にあっては、赤色のレーザー光を出射するレーザー光源が一般的に用いられているが、屋外や照明のある明るい建設現場などで使用する場合、ライン光が見えにくくなる問題があり、視認性の良い緑色のレーザー光を使用したレーザー墨出し装置が検討されてきた。この際、緑色のレーザー光を使用する光源は大きく高価であるため、特許文献１等で開示されているような、単一の光源を複数のレーザービームに分岐して使用することが検討された。

しかし、緑色のレーザー光源を使用した場合、温度によるレーザー光の偏光特性の変化によって、特許文献１、特許文献２に開示された偏光手段（スプリッタ）で反射・透過された各レーザー光の強度が変化し、レーザー墨出器の使い勝手を損なってしまうことが判った。また、特許文献２記載のスプリッタにあっては、スプリッタを鏡筒にネジ固定する際などに破損してしまう問題もあった。

そこで、本発明は、視認性の良いグリーンレーザーを用いたレーザー墨出器において、温度変化によるレーザービームの偏光特性に変動があった場合でも、ライン光の強度変動を抑えることのできるレーザー墨出器を提供することを目的とする。さらに、スプリッタの破損を防止できるレーザー墨出器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、レーザー光源と、レーザー光源から出射されたレーザービームを複数の異なる方向へのレーザービームに分割するビームスプリッタと、ビームスプリッタによって分割されたレーザービームをライン光へ変換する広角レンズ部と、分割されたレーザービームが広角レンズから水平面に対して所定方向に出射されるようにビームスプリッタを支持する鉛直機構とを備えたレーザー墨出器であって、ビームスプリッタは、一方の面に無偏光被膜を用いた本発明の透反射板を構成するハーフミラーを有し、レーザービームは、前記一方の面に入射することを特徴とするレーザー墨出器を提供している。

また、ビームスプリッタには、レーザービームの通り道であるトンネルが形成されており、トンネルの内面には、アルマイト処理等の反射光低減処理が施されているのが好ましい。

また、ビームスプリッタは、ハーフミラーに入射するレーザービームに対して所定の角度を有するようにハーフミラーを支持する板状のホルダー部を備えているのが好ましい。

また、レーザー光源は、波長が５３２ｎｍのレーザー光を出射するのが好ましい。

本発明の請求項１に記載のレーザー墨出器によれば、レーザービームが入射するハーフミラーはレーザー光入射面に無偏光被膜が付加されたものであるため、温度等の変化によりレーザービームの偏光特性が変化したとしても、透過光と反射光とが常に一定の割合で分割される。その結果、レーザー墨出器は、常に正確な光量のライン光を壁面等に投影することができる。

本発明の請求項２に記載のレーザー墨出器によれば、トンネルの内面にはアルマイト処理等の反射光低減処理が施されているため、レーザービームの乱反射が起こらない。従って、乱反射によるノイズ光が低減され、ビームスプリッタから出射されるレーザービームを高品質のレーザービームとすることができる。

本発明の請求項３に記載のレーザー墨出器によれば、ハーフミラーは、ホルダー部によって支持されるため、特許文献２のように、ビームスプリッタがガラス等のブロックから構成される場合と比べて、ハーフミラーの位置調整、交換等の作業が容易となる。また、ビームスプリッタを鏡筒へ固定するような構成である場合にも、ホルダー部が板状であるため、鏡筒への固定が容易であり、スプリッタの破損を防止することができる。

本発明の請求項４に記載のレーザー墨出器によれば、ビームスプリッタを用いる安価な構成であっても、レーザービームの偏光特性の変化の影響を受けることなく、グリーンのレーザー光を安定して射出することが可能となる。さらに、グリーンのレーザー光は、レッドのレーザー光等よりも視認性が良いため、効率よい作業を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図４を参照して説明する。図１は、レーザー墨出器１の部分断面図である。本実施の形態においては、紙面左側をＸ軸の正方向、紙面手前側をＹ軸正方向、紙面上側をＺ軸正方向として説明する。

レーザー墨出器１は、本体部２と、ハウジング３と、ベース４と、スタンド５とを備えている。本体部２は、ベース４上に搭載されており、外部に露出しないようにハウジング３によって覆われている。ハウジング３には、ライン光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を出射するための窓部３１、３２、３３が形成されている。窓部３１は、図１におけるハウジング３の左側側面にＸＹ平面に平行な帯状に形成されている。窓部３２は、図１におけるハウジング３の左側側面にＸＺ平面に平行な帯状に形成されている。窓部３３は、図１におけるハウジング３の上端にＹＺ平面に平行な帯状に形成されている。ベース４は、回転可能であり、複数本のスタンド５によって支持されている。

図２は、本体部２の拡大断面図である。本体部２は、フレーム２１と、ジンバル機構２２と、鏡筒２３と、レーザー光源２４と、ウェッジプリズム２５ａ、２５ｂ、２５ｃと、広角レンズ２６ａ、２６ｂ、２６ｃとを備えている。フレーム２１は、ベース４上に立設されており、フレーム２１上には、Ｘ方向及びＹ方向に回動可能なジンバル機構２２が搭載されている。鏡筒２３は、地面に対して常に水平を保つことができるように、ジンバル機構２２によって懸架されている。

鏡筒２３は、中空の四角柱を有しており、内部に、ホルダー２３１と、ネジ２３２と、第１ハーフミラー２３３と、第２ハーフミラー２３４と、トンネル形成部２３５とからなるビームスプリッタ２３０を備えている。鏡筒２３には、レーザービームが入射するビーム入射部２３６ａと、第１ハーフミラー２３３及び第２ハーフミラー２３４によって分割されたレーザービームが出射されるビーム射出部２３６ｂ、２３６ｃ、２３６ｄが形成されている。

ビーム入射部２３６ａには、レーサービームを鏡筒２３内に出射するレーザー光源２４が、レーザービームを鏡筒２３内にＸ軸と平行に出射することができるような角度で鏡筒２３に接続されている。ビーム射出部２３６ｂ、２３６ｃ、２３６ｄには、鏡筒２３内から出射されたレーザービームの方向を微調整するための偏角用のウェッジプリズム２５ａ、２５ｂ、２５ｃがそれぞれ接続されている。さらに、ウェッジプリズム２５ａ、２５ｂ、２５ｃには、鏡筒２３内から出射されたレーザービームをライン光に変換するための広角レンズ２６ａ、２６ｂ、２６ｃがそれぞれ接続されている。

図３（ａ）は、ビームスプリッタ２３０の平面図であり、図３（ｂ）は、ビームスプリッタ２３０の側面図である。ホルダー２３１は、長方形のアルミ板であり、ＸＺ平面に平行、かつ、長手方向がＺ軸方向に指向するように、ネジ２３２によって鏡筒２３の内面に固定されている。ホルダー２３１の鏡筒２３と接していない面には、レーザービームの乱反射を防止するためにアルマイト処理が施されている。さらに、ホルダー２３１の鏡筒２３と接していない面には、第１透反射板２３３及び第２透反射板２３４がそれぞれ嵌合される第１溝部及び第２溝部（図示せず）が形成されている。第１溝部は、Ｚ軸に対して４５度の角度をなすように形成され、第２溝部は、Ｚ軸に対して約３０度の角度をなすように形成されている。

第１ハーフミラー２３３及び第２ハーフミラー２３４は、長方形の透反射板であり、レーザー光の入射側が無偏光被膜の付加された面となるような向きで、ホルダー２３１に対して垂直、すなわち、Ｙ軸方向に指向した状態で図示せぬ第１溝部及び第２溝部にそれぞれＵＶ接着固定されている。従って、第１ハーフミラー２３３は、Ｚ軸に対して４５度の角度をなすように、第２ハーフミラー２３４は、Ｚ軸に対して約３０度の角度をなすように固定されている。

トンネル形成部２３５は、第１ハーフミラー２３３と第２ハーフミラー２３４との間に配置されている。詳細には、トンネル形成部２３５は、図３（ａ）においてホルダー２３１の左端から右端まで第２ハーフミラー２３４に沿って延びる第１辺２３５ａと、第１ハーフミラー２３３の右端からホルダー２３１の右端までＸ軸に平行に延びる第２辺２３５ｂと、第１辺２３５ａの右端と第２辺２３５ｂの右端とを結ぶ第３辺２３５ｃと、第２辺２３５ｂの左端からホルダー２３１の左端まで第１ハーフミラー２３３に沿って延びる第４辺２３５ｄと、第１辺２３５ａの左端と第４辺２３５ｄの左端とを結ぶ第５辺２３５ｅとで囲まれる面を底面とし、ホルダー２３１からＹ軸方向に延出している角柱形状を有している。トンネル形成部２３５のＹ軸方向の高さは、図３（ｂ）に示されるように、第１ハーフミラー２３３及び第２ハーフミラー２３４のＹ軸方向の高さよりも高い。

また、トンネル形成部２３５には、内部にレーザー光源２４から出射されたレーザービームが通るためのトンネルＴが形成されている（図３（ａ）中、細かい点線で示す）。詳細には、第１ハーフミラー２３３に反射されて第２ハーフミラー２３４へ向かい、さらに、第２ハーフミラー２３４に反射されて外部の所望の方向へ出射されるようにトンネルＴは形成されている。なお、ホルダー２３１とトンネル形成部２３５とは、一体的に形成されている。トンネル形成部２３５のトンネルＴが形成されている内面は、アルマイト処理が施されている。このような構成によれば、トンネルＴは、アルマイト処理が施されているため、レーザービームの乱反射が起こらない。従って、乱反射によるノイズ光が低減され、ビームスプリッタから出射される光は、高品質のレーザービームとなる。

さらに、本実施の形態では、第１ハーフミラー２３３及び第２ハーフミラー２３４の対向する面に、それぞれ無偏光被膜２３３ａ、２３４ａが形成されている。無偏光被膜２３３ａ、２３４ａは、入射されるレーザービームを、その偏光特性に関わらず、常に一定の割合の透過光と反射光とに分割する。

例えば、特許文献２に記載のビームスプリッタは、ガラスのブロックの接合面に偏光被膜を形成することにより構成されるが、本実施の形態のビームスプリッタ２３０は、上記したように、本発明の透反射板の第１ハーフミラー２３３及び第２ハーフミラー２３４から構成されている。従って、各ガラス間の接着の際に生じる圧力によるガラスの破損や、圧力不足によるガラスの剥離等の問題を防止することができる。また、ビームスプリッタがガラスのブロックである場合、３０度付近の角度を有する接合面に偏光被膜を付加することは困難であったが、本実施の形態のビームスプリッタ２３０では、角度調整も容易となる。さらに、本実施の形態のビームスプリッタ２３０は、ガラスのブロックから構成される従来のビームスプリッタと異なり、平面板であるホルダー２３１を鏡筒２３に固定する構成となっている。そのため、鏡筒２３への固定、位置調整、交換等の作業が容易となる。

続いて、レーザー光源２４から出射されたレーザービームの流れについて図１、図２、図３及び図４を用いて説明する。本実施の形態では、レーザー光源２４は、波長が５３２ｎｍの緑色系のグリーンレーザーを出射する。レーザー光源２４（図２）から出射されたレーザービームＡ（図３（ａ））は、第１ハーフミラー２３３に入射する。第１ハーフミラー２３３に入射したレーザービームＡの一部は、第１ハーフミラー２３３を透過してウェッジプリズム２５ａ及び広角レンズ２６ａ（図２）に入射する（レーザービームＢ）。レーザービームＢは、広角レンズ２６ａによってＸＹ平面方向のライン光Ｌ１に変換され、窓部３１を通って出射される（図１）。

一方、残りのレーザービームＡは、第１ハーフミラー２３３によってＺ軸方向へ反射され、第２ハーフミラー２３４に入射する（レーザービームＣ）。レーザービームＣの一部は、第２ハーフミラー２３４によって、第２ハーフミラー２３４に対して約３０度の角度をなす方向へ反射され、ウェッジプリズム２５ｂ及び広角レンズ２６ｂに入射する（レーザービームＤ）。レーザービームＤは、広角レンズ２６ｂによってＸＺ平面方向のライン光Ｌ２に変換され、窓部３２を通って出射される。

一方、残りのレーザービームＣは、第２ハーフミラー２３４を透過し、ウェッジプリズム２５ｃ及び広角レンズ２６ｃに入射する（レーザービームＥ）。レーザービームＥは、広角レンズ２６ｃによってＹＺ平面方向のライン光Ｌ３に変換され、窓部３３を通って出射される。このようにして出射された各ライン光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は、図４に示すように外部の壁面等に投影される。

本実施の形態においては、第１ハーフミラー２３３に貼られた無偏光被膜は、入射したレーザービームの１／３を透過させ、２／３を反射させるものが用いられており、第２ハーフミラー２３４に貼られた無偏光被膜は、入射したレーザービームの１／２を透過させ、１／２を反射させるものが用いられている。従って、各ライン光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の光量は等しくなる。

ところで、レーザービームは、温度の変化に伴ってその偏光特性が変化する。一方、従来のビームスプリッタには、偏光被膜が付加されていた。そのため、複数のライン光の光量が等しくなるように設計していたとしても、温度変化に伴うレーザービームの偏光特性の変化によって透過光と反射光との割合も変化してしまい、複数のライン光間の光量に差異が生じてしまう。一方、複数のライン光の光量の合計は、レーザービーム光源から出射されたレーザービームの光量と等しい。従って、温度の変化により、例えば、１つのライン光の光量が減少した場合には、他のライン光の光量が増加することとなる。その結果、光量の増加により、使い勝手を損なってしまう場合も考えられる。

しかしながら、本実施の形態によるレーザー墨出器１では、各レーザービームが入射する第１ハーフミラー２３３及び第２ハーフミラー２３４には、無偏光被膜が付加されている。従って、温度等の変化によりレーザービームの偏光特性が変化したとしても、透過光と反射光とが常に一定の割合で分割される。その結果、レーザー墨出器１は、常に正確な光量のライン光を壁面等に投影することができる。

また、本実施の形態においては、レーザービームとして、赤色系のレッドレーザーよりも視認性の良い緑色系のグリーンレーザーを用いている。通常、レッドレーザーから複数のライン光を射出する場合には、ビ−ムスプリッタによってレーザー光を分割することはせずに、各ライン光の射出方向ごとにレーザー光源を備えている。そのため、偏光特性の変化があったとしても偏光素子（ビームスプリッタ）による影響を受けないので、レーザー光の強度変化を考慮する必要がない。これは、レッドレーザーを射出するレーザー光源が、小型かつ安価であるために可能となることである。一方、グリーンレーザーは、比較的大型かつ高価であるため、レッドレーザーのように複数のレーザー光源を用いるのは好ましくない。しかしながら、本実施の形態によるレーザー墨出器１は、ビームスプリッタを用いる安価な構成であっても、レーザービームの偏光特性の変化の影響を受けることなく、グリーンレーザーを射出することが可能となる。さらに、グリーンレーザーは、レッドレーザー等よりも視認性が良いため、効率よい作業を行うことができる。

尚、本発明のレーザー墨出器は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明は、建設現場等で基準線を引くための墨出し作業に用いられる。

は、本実施の形態によるレーザー墨出器１の部分断面図である。 は、本体部２の拡大断面図である。 （ａ）は、ビームスプリッタ２３０の平面図であり、（ｂ）は、ビームスプリッタ２３０の側面図である。 は、レーザー墨出器１から射出されたライン光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３について説明する図である。

符号の説明

１ レーザー墨出器、 ２ 本体部、 ２２ ジンバル機構、 ２３ 鏡筒、 ２４ レーザー光源、 ２６ａ〜２６ｃ 広角レンズ、 ３１〜３３ 窓部、 ２３０ ビームスプリッタ、 ２３３ａ 無偏光被膜、 ２３３ｂ 無偏光被膜、 ２３３ 第１ハーフミラー、 ２３４ 第２ハーフミラー、 ２３５ トンネル部、 Ｔ トンネル

Claims (4)

1. レーザー光源と、
   前記レーザー光源から出射されたレーザービームを複数の異なる方向へのレーザービームに分割するビームスプリッタと、
   前記ビームスプリッタによって分割された前記レーザービームをライン光へ変換する広角レンズと、
   前記分割されたレーザービームが前記広角レンズから水平面に対して所定方向に出射されるように前記ビームスプリッタを支持する鉛直機構と、
   を備えたレーザー墨出器であって、
   前記ビームスプリッタは、一方の面に無偏光被膜が付加された透反射板を有し、前記レーザービームは、前記一方の面に入射することを特徴とするレーザー墨出器。
2. 前記ビームスプリッタには、前記レーザービームの通り道であるトンネルが形成されており、前記トンネルの内面には、反射光低減処理が施されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザー墨出器。
3. 前記ビームスプリッタは、前記透反射板を前記透反射板に入射する前記レーザービームに対して所定の角度を有するように支持する板状のホルダー部を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザー墨出器。
4. 前記レーザー光源は、緑色系の波長が５３２ｎｍのレーザー光を出射することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のレーザー墨出器。

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