JP2008026120A - ラインレーザー装置およびそれを用いたレーザー墨出し器 - Google Patents

Abstract

【課題】ライン光の視認性を向上する。
【解決手段】ラインレーザー装置１００は、ライン光を出力するラインレーザー装置である。ラインレーザー装置１００は、レーザー光を出力する半導体レーザー１０２と、半導体レーザー１０２からのレーザー光を平行光に変換するコリメータレンズ１０４と、並設された２つの第１ロッドレンズ１１０、第２ロッドレンズ１１１を有し、その２つのロッドレンズにコリメータレンズ１０４からの平行光を入射することによりライン光を出力するレンズユニット１０６と、を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、ライン光を出力するラインレーザー装置およびそれを用いたレーザー墨出し器に関する。

従来、建物の建築工事における水平・鉛直出し作業を行う際に、水平ラインや鉛直ラインなどの基準ラインをレーザー光で表示するレーザー墨出し器が用いられている。レーザー墨出し器を用いることにより、建具、照明器具、窓枠などの取付位置を正確に位置決めすることができる。

レーザー墨出し器は、その姿勢が傾いた場合でも水平ラインや垂直ラインが高い精度で表示されるように、ライン光を出力するラインレーザー装置が、ジンバル機構を介して支持されている（たとえば、特許文献１参照）。

ジンバル機構は、互いに直交する方向の２つの軸を有している。一方の軸は、レーザー墨出し器の基盤となるベース上に設けられた支持体によって水平に支持されるとともに、揺動体を回転可能に支持する。他方の軸は、上記一方の軸と直交する方向に向けて揺動体によって支持されるとともに、ラインレーザー装置が取り付けられた振り子を回転可能に支持する。このように構成されたジンバル機構により、振り子に取り付けられたラインレーザー装置は、支持体に対してあらゆる方向に揺動可能となり、常に所定の姿勢を保つことができる。

レーザー墨出し器に用いられるラインレーザー装置は、半導体レーザと、コリメータレンズと、ロッドレンズとを有している（たとえば、特許文献２参照）。半導体レーザーから出力されたレーザー光は、コリメータレンズによって平行光に変換される。そしてこの平行光をロッドレンズに透過させることにより、平行光が一方向にのみ拡散され、ライン光を出力することができる。ライン光の方向は、ロッドレンズの中心軸の向きによって決まる。たとえば、ロッドレンズの中心軸を水平方向に固定すれば、鉛直方向のライン光が出力され、ロッドレンズの中心軸を垂直方向に固定すれば、水平方向のライン光が出力される。
特開２００５−３００４０６号公報 特開２００３−２１４８５４号公報

ところで、半導体レーザーから出力されるレーザー光は、光の強度分布がガウス分布となるガウシアンビームである。従って、上述のようなラインレーザー装置においては、コリメータレンズから出力される平行光の光強度は、中心付近において最も大きく、中心から離れるにしたがって小さくなる。このような光強度分布の平行光が、ロッドレンズに入射されると、中央部において最も光強度が大きく、両端部に向かうにしたがって光強度が小さくなるライン光が出力される。そのため、ライン光の中央部から離れるにしたがって、ライン光が暗くなり、ライン光の視認性は低下する。

本発明はこうした状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、ライン光の視認性を向上したラインレーザー装置およびそれを用いたレーザー墨出し器を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様のラインレーザー装置は、ライン光を出力するラインレーザー装置であって、レーザー光を出力するレーザーと、レーザーからのレーザー光を平行光に変換する第１レンズと、並設された複数のシリンドリカルレンズを有し、その複数のシリンドリカルレンズに第１レンズからの平行光を入射することによりライン光を出力する第２レンズと、を備える。

ここで、シリンドリカルレンズとは、円柱形状の面もしくはその面の一部を屈折面として有するレンズであり、入射された平行光を一方向、すなわちレンズの曲率方向にのみ拡散するレンズである。シリンドリカルレンズは、ロッドレンズ、平凸シリンドリカルレンズ、平凹シリンドリカルレンズを含む。

この態様によると、第１レンズからの平行光をライン光に変換する第２レンズとして、複数のシリンドリカルレンズが並設されたレンズを用いているので、光強度の大きい平行光の中央部付近の光が、ライン光の中央部だけでなく、中央部から離れた位置にも拡散される。その結果、ライン光の中央部から離れた位置での光強度が大きくなり、ライン光の長さ方向全体にわたって、ライン光の明るさのばらつきが小さくなるので、ライン光の視認性を向上できる。

本発明の別の態様は、レーザー墨出し器である。このレーザー墨出し器は、上述のラインレーザー装置と、ラインレーザー装置を支持する支持機構と、を備える。この態様によると、ライン光の視認性を向上したレーザー墨出し器を提供することができる。

本発明によれば、ライン光の視認性を向上したラインレーザー装置およびそれを用いたレーザー墨出し器を提供することができる。

図１は、本実施の形態に係るレーザー墨出し器１０の斜視図である。図１に示すように、レーザー墨出し器１０の基盤となるベース２８の下面側には、３つの脚部３０が取り付けられている。この３つの脚部３０の先端部には、レーザー墨出し器１０を設置したときの安定性を高めるために、ゴムで形成された脚が取り付けられている。また、脚部３０は、伸縮可能に構成されており、レーザー墨出し器１０を設置する環境に合わせて脚部３０の長さを調整できるようになっている。

ベース２８の上面側には、ターンテーブル２６が設けられている。ターンテーブル２６は、ベース２８に設けられた調整つまみを操作することにより、ベース２８上で回転させることができる。

ターンテーブル２６上には、支持体１４が鉛直方向に立設されている。支持体１４の上端部には、２軸のジンバル機構２４を介して、振り子１２が揺動可能に支持されている。ジンバル機構２４は、支持体１４上端の支持部に水平に取り付けられた第１の軸２０と、第１の軸２０により回転可能に支持された揺動体１８と、第１の軸２０と直交する方向に向けて揺動体１８に取り付けられた第２の軸２２と、を有している。振り子１２は、第２の軸２２により回転可能に支持されている。このように構成されたジンバル機構２４により、振り子１２は、支持体１４に対してあらゆる方向に揺動可能となっている。ジンバル機構２４の詳細な構造については後述する。

図１に示すように、振り子１２の側面部には、第１ラインレーザー装置１６、第２ラインレーザー装置１７が設けられている。第１ラインレーザー装置１６、第２ラインレーザー装置１７は、基本的に同様の構造であるが、ライン光を出力する方向が異なり、第１ラインレーザー装置１６は、垂直方向にライン光を出力し、第２ラインレーザー装置１７は、水平方向にライン光を出力する。以下では、第１ラインレーザー装置１６、第２ラインレーザー装置１７を総称する場合は、単にラインレーザー装置１００と呼ぶ。ラインレーザー装置１００の詳細な構造については後述する。

ラインレーザー装置１００が取り付けられている振り子１２は、ジンバル機構２４を介して支持体１４に支持されているので、レーザー墨出し器１０を設置する設置面が水平面に対して傾斜していた場合であっても、振り子１２は常に所定の姿勢を取ることができる。これにより、レーザー墨出し器１０は、自身の姿勢が傾いた場合であっても、正確に垂直ライン光および水平ライン光を出射することができる。

次に、図２を用いて、本実施の形態に係るジンバル機構２４の構造について詳細に説明する。図２は、図１に示すレーザー墨出し器１０のＡ−Ａ断面図である。ジンバル機構２４は、互いに異なる方向に向いている２つの軸、第１の軸２０と、第２の軸２２と、を有する。第１の軸２０と第２の軸２２は、図２に示すように、互いに直交する向きに設けられることが好ましい。

第１の軸２０は、支持体１４の上端部に形成された支持部に水平に支持されている。第１の軸２０は、揺動体１８を回転可能に支持している。揺動体１８は、金属で形成された直方体状のブロックであり、第１の軸２０は、揺動体１８の中央を貫通している。第１の軸２０と揺動体１８の間には、揺動体１８の回転がスムーズとなるように、一対のボールベアリングが介在されることが好ましい。

第２の軸２２は、同一線上に配置された一対の軸２２ａ、２２ｂからなる。軸２２ａ、２２ｂは、揺動体１８に形成されたねじ穴にねじ込まれることにより、揺動体１８の対向する側面から突出して形成される。上述したように、第２の軸２２は、第１の軸２０と異なる方向、望ましくは直交する方向に設けられる。このように、一対の軸２２ａ、２２ｂからなる第２の軸２２を揺動体１８の対向する側面から突出して形成することにより、第１の軸２０と第２の軸２２とを同一平面上に設けることができる。第１の軸２０と第２の軸２２を同一平面上に設けた場合、コンパクトにジンバル機構を構成することができる。

第２の軸２２は、一対のボールベアリング３２、４０を介して、振り子１２を回転可能に支持している。振り子１２は、底面部１２ａと側面部１２ｂを有する箱体であり、側面部１２ｂには、ラインレーザー装置１００が取り付けられている。また、底面部には、レーザー墨出し器１０の下部に地墨ポイントを表示するためのレーザー装置５６が取り付けられている。ボールベアリング３２、４０は、それぞれ相対回転可能な外輪３６、４２と、内輪３８、４４と、を有する。

対をなすボールベアリング３２、４０のうち一方のボールベアリング３２（図２において右側のボールベアリング）は、その外輪３６が、振り子１２側面に形成された嵌合孔に嵌められている。この嵌合孔の外側にはねじ部が形成されており、このねじ部に外ナット５２がねじ込まれる。ボールベアリング３２の外輪３６は、外ナット５２と、嵌合孔の段部との間に挟み込まれて、振り子１２に固定される。ボールベアリング３２の内輪３８には、軸２２ａが嵌められている。揺動体１８と内輪３８の間には、揺動体１８と内輪３８の位置を一定に保つために、スペーサ４８が介装される。

同じように、他方のボールベアリング４０（図２において左側のボールベアリング）は、その外輪４２が、振り子１２側面に形成された嵌合孔に嵌められている。この嵌合孔の外側にはねじ部が形成されており、このねじ部に外ナット５４がねじ込まれる。ボールベアリング４０の外輪４２は、外ナット５４と、嵌合孔の段部との間に挟み込まれて、振り子１２に固定される。ボールベアリング４０の内輪４４には、軸２２ｂが嵌められている。揺動体１８と内輪４４の間には、揺動体１８と内輪４４の位置を一定に保つために、スペーサ５０が介装される。

このように、本実施の形態に係るジンバル機構２４においては、揺動体１８は、第１の軸２０を中心に揺動可能である。さらに、振り子１２は、揺動体１８に支持された第２の軸２２を中心に揺動可能である。従って、振り子１２は、支持体１４に対してあらゆる方向に揺動可能であり、結果として、振り子１２に取り付けられたラインレーザー装置１００は、所定の姿勢をとることができる。

本実施の形態に係るレーザー墨出し器１０においては、図２に示すように、第２の軸２２は、ボールベアリング３２、４２により、水平方向に対して傾斜して設けられる。第２の軸２２を水平方向に対して傾斜して支持するために、ボールベアリング３２、４０は、振り子１２の側面において、鉛直方向に異なる高さ、すなわち、振り子１２の底面部１２ａから異なる高さにそれぞれ設けられる。

図３は、ボールベアリング３２周辺部を示す図である。図３において、破線Ｈは、水平方向を表す。図３に示すように、第２の軸２２は、水平方向Ｈに対して角度θだけ傾斜している。

本実施の形態に係るレーザー墨出し器１０においては、第２の軸２２が水平方向に対して傾斜しているので、振り子１２の自重により、ボールベアリング３２の外輪３６、内輪３８が、図３に示すような位置関係となる。すなわち、外輪３６と内輪３８とが第２の軸２２方向に相対的にずれた位置関係をとる。従って、ボールベアリング３２のボール３４は、内輪３８の溝３８ａの外側と、外輪３６の溝３６ａの内側に当接することとなる。これにより、確実に位置決めがなされ、ボールベアリング３２のがたつきを小さくすることができる。もう一方のボールベアリング４０についても同様に、ボールベアリング４０の外輪４２と内輪４４とが第２の軸２２方向に相対的にずれた位置関係をとるので、ボールベアリング４０のがたつきを小さくすることができる。

以上のように、本実施の形態に係るレーザー墨出し器１０においては、第２の軸２２を水平方向に対して傾斜して設けることにより、ボールベアリング３２、４０のがたつきを小さくすることができるので、支持体１４に対する振り子１２のがたつきを小さくすることができる。振り子１２のがたつきが小さくなることにより、振り子１２が安定して所定の姿勢を取ることができるようになるので、振り子１２に取り付けられた第１ラインレーザー装置１６、第２ラインレーザー装置１７が出射する垂直ライン、水平ラインの表示精度を向上することができる。

図４は、本実施の形態に係るラインレーザー装置１００を示す図である。上述したように、ラインレーザー装置１００は、ライン光を出力する機能を有する。図４に示すように、ラインレーザー装置１００は、半導体レーザー１０２と、コリメータレンズ１０４と、レンズユニット１０６と、ハウジング１１６と、を備える。

半導体レーザー１０２は、レーザー光を出力する。レーザー光の波長は、人間の目に見える可視光線の波長、すなわち、３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ程度であればよい。レーザー墨出し器１０は、円筒形状のハウジング１１６の一端部に収容される。半導体レーザー１０２は、ハウジング１１６の外部方向に向けて延びるリード１１２を有する。半導体レーザー１０２は、リード１１２を介して、図示しないレーザー制御回路から電流の供給を受け、発光する。半導体レーザー１０２からのレーザー光は、光の強度分布がガウス分布となるガウシアンビームである。すなわち、レーザー光の光強度は、レーザー光の横断面において、中心部が最も高く、中心から離れるにしたがって低い。

コリメータレンズ１０４は、拡散光である半導体レーザー１０２からのレーザー光を、平行光に変換する。ラインレーザー装置１００は、ハウジング１１６の内部に、半導体レーザー１０２の光軸とコリメータレンズ１０４の光軸が一致するようにして収容される。上述したように、半導体レーザー１０２からのレーザー光は、ガウシアンビームであるので、コリメータレンズ１０４からの平行光もまた、ガウシアンビームとなる。すなわち、平行光の光強度は、平行光の横断面において、中心部が最も高く、中心から離れるにしたがって低い。

レンズユニット１０６は、コリメータレンズ１０４からの平行光を一方向、すなわちレンズ屈折面の曲率方向にのみ拡散し、ライン光を出力する。図４に示すように、レンズユニット１０６は、第１ロッドレンズ１１０と、第２ロッドレンズ１１１と、レンズホルダ１０８と、を有する。レンズユニット１０６は、ハウジング１１６の半導体レーザー１０２が設けられた側と反対側の端部に取り付けられる。

第１ロッドレンズ１１０、第２ロッドレンズ１１１は、同一形状のロッドレンズであり、それぞれの中心軸１１０ａ、１１１ａが平行で、かつ外周面が互いに接触するようにして並設される。第１ロッドレンズ１１０、第２ロッドレンズ１１１は、レンズホルダ１０８によって保持される。レンズホルダ１０８は、円形に形成されたホルダ底面部１０８ａと、ホルダ底面部１０８ａ上に突設されたレンズ保持部１０８ｂと、を有する。ホルダ底面部１０８ａには、コリメータレンズ１０４からの平行光を第１ロッドレンズ１１０、第２ロッドレンズ１１１に入射するための平行光透過孔１０８ｃが設けられる。ホルダ底面部１０８ａとレンズ保持部１０８ｂとに挟まれることにより、第１ロッドレンズ１１０、第２ロッドレンズ１１１は、並列された状態で保持される。

レンズユニット１０６は、コリメータレンズ１０４からの平行光が、平行光透過孔１０８ｃを通って第１ロッドレンズ１１０、第２ロッドレンズ１１１の屈折面に入射されるように、ハウジング１１６に取り付けられる。第１ロッドレンズ１１０と第２ロッドレンズ１１１は、それぞれの中心軸１１０ａ、１１１ａ同士を結んだ直線と、コリメータレンズ１０４らの平行光の光軸が直交するように配設される。

さらに、第１ロッドレンズ１１０、第２ロッドレンズ１１１は、コリメータレンズ１０４からの平行光の光軸が、第１ロッドレンズ１１０、第２ロッドレンズ１１１のそれぞれの光軸とずれる位置に配設される。第１ロッドレンズ１１０、第２ロッドレンズ１１１は、接触した状態で並設されており、コリメータレンズ１０４からの平行光の光軸が、２つのロッドレンズの接触位置を通過してもよい。第１ロッドレンズ１１０、第２ロッドレンズ１１１は、コリメータレンズ１０４からの平行光の光軸が、第１ロッドレンズ１１０、第２ロッドレンズ１１１のそれぞれの光軸間の中央を通過するように配設されてもよい。

以上、本実施の形態に係るラインレーザー装置１００の構成について説明した。ライン光は、第１ロッドレンズ１１０、第２ロッドレンズ１１１の中心軸１１０ａ、１１１ａと直交した方向に出力される。従って、垂直ラインを出力する第１ラインレーザー装置１６は、中心軸１１０ａ、１１１ａが水平になるように振り子１２に取り付けられる。また、水平ラインを出力する第２ラインレーザー装置１７は、中心軸１１０ａ、１１１ａが、垂直になるように振り子１２に取り付けられる。

次に、本実施の形態に係るラインレーザー装置１００の特性について説明する。比較のため、まず、単一のロッドレンズを用いてライン光を生成した場合について説明する。図５は、単一のロッドレンズを用いてライン光を生成した場合の光線追跡シミュレーションを示す図である。

図５では、計算の簡略化のため、コリメータレンズからの平行光のうち、半分の平行光２００についての光線追跡シミュレーションを示している。図５に示す平行光２００の光線のうち、一番下側の光線２０２は、平行光の光軸に一致した光線を表す。平行光は、ガウシアンビームなので、光線２０２の光強度は大きい。また、一番上側の光線２０４は、光強度が中心の１／ｅ^２となる位置（以下、ビーム径位置と呼ぶ）の光線を表す。光線２０２と光線２０４の間にある複数の光線は、それぞれガウス分布に応じた光強度を有する光線である。コリメータレンズからの平行光は、ガウシアンビームなので、平行光が入射するレンズの屈折面が平行光の光軸に対して対称であれば、図示を省略した半分の平行光の光線追跡シミュレーションの結果も、平行光の光軸に対して対称となる。

図５においては、図面の左側から、ロッドレンズの直径Ｒａとほぼ同じビーム直径Ｒｂの平行光が、ロッドレンズに入射している。図５に示す平行光２００は、コリメータレンズからの平行光の半分を表すので、光線２０２から光線２０４までの距離は、Ｒｂ／２である。図５に示すように、コリメータレンズからの平行光は、平行光の光軸が、ロッドレンズ１１４の光軸に一致するようにして入射されている。

ロッドレンズは、その光軸に一致して入射された光は、屈折されずに真っ直ぐに出力されるが、光軸から離れて入射された光は、ロッドレンズによって屈折されて出力される。光の屈折角度は、ロッドレンズの光軸から離れるほど大きくなる。従って、図５に示すように、ロッドレンズ１１４の光軸に一致して入射された光線２０２は、屈折されずに光線２０３として真っ直ぐに出力される。また、ロッドレンズ１１４の光軸からＲｂ／２だけ離れた位置に入射された光線２０４は、光線２０５のように大きく屈折されて出力される。光線２０２と光線２０４の間に位置する複数の光線も、それぞれロッドレンズ１１４によって屈折されて出力される。光線の屈折角度は、ロッドレンズ１１４の光軸から離れるほど大きくなる。このようにして、平行光２００は、ライン光２２０に変換される。図５において図示を省略した半分の平行光についても同様である。

図６は、図５に示す光線追跡シミュレーションの光強度分布について示す図である。図６の横軸は、ロッドレンズ１１４に入射する平行光の光軸における光強度を１００％としたときの相対的な光強度を表す。図６の縦軸は、ロッドレンズ１１４からの光の放射角度を表す。たとえば、図５において、光線２０３は、０°方向、光線２０５は、ほぼ−９０°方向に放射された光である。

図６に示すように、単一のロッドレンズを用いて平行光をライン光に変換した場合、光の放射角度が０°、すなわち、ライン光の中心部は、約９０％と非常に高い光強度であるが、光の放射角度が大きくなるにつれて、たとえば−４５°の放射角度で約１８％、−６０°の放射角度で約８％と、急激に光強度が小さくなっている。このように、単一のロッドレンズを用いてライン光を生成した場合、ライン光の中央部には平行光の光軸付近の光がほとんど屈折せずに出力されるため、光強度が大きく、明るいライン光になる。一方、ライン光の中央部から離れた部分では、元来光強度が弱い光が屈折されて出力されるため、非常に光強度が小さく、暗いライン光となる。すなわち、単一のロッドレンズを用いてライン光を生成した場合、ライン光を視認できる角度が狭い。

図７は、本実施の形態に係るラインレーザー装置１００の光線追跡シミュレーションを示す図である。図７に示すように、並設された第１ロッドレンズ１１０、第２ロッドレンズ１１１に、コリメータレンズからの平行光が入射される。第１ロッドレンズ１１０、第２ロッドレンズ１１１の直径はＲａ、平行光のビーム直径は、Ｒｂである。なお、図７においても、図５と同じように、コリメータレンズからの平行光の半分の平行光２００を用いて光線追跡シミュレーションを行っている。

本実施の形態に係るラインレーザー装置１００では、平行光の光軸が、第１ロッドレンズ１１０と第２ロッドレンズ１１１のそれぞれの光軸間の中央に位置するように平行光が入射されるので、平行光２００は、ラインレーザー装置１００に入射され、図示を省略した半分の平行光は、第２ロッドレンズ１１１に入射される。図７のように第１ロッドレンズ１１０の直径Ｒａを平行光のビーム直径Ｒｂと等しく設定した場合、ビーム径位置の光線２０４は、第１ロッドレンズ１１０の光軸に一致して第１ロッドレンズ１１０に入射される。

図７に示すように、第１ロッドレンズ１１０と第２ロッドレンズ１１１の中央に入射された光線２０２は、第１ロッドレンズ１１０において大きく屈折され、光線２０６として出力される。第１ロッドレンズ１１０の光軸に一致して第１ロッドレンズ１１０に入射された光線２０４は、屈折されずに光線２０８として真っ直ぐに出力される。光線２０２と光線２０４の間の複数の光線も、それぞれ屈折されて第１ロッドレンズ１１０から出力される。このようにして、平行光２００は、ライン光２２２に変換される。図７において図示を省略した半分の平行光についても同様であり、第２ロッドレンズ１１１によってライン光に変換される。

図８は、図７に示す光線追跡シミュレーションの光強度分布について示す図である。図８の横軸は、第１ロッドレンズ１１０に入射する平行光の光軸における光強度を１００％としたときの相対的な光強度を表す。図８の縦軸は、第１ロッドレンズ１１０からの光の放射角度を表す。

図８に示す本実施の形態に係るラインレーザー装置１００の光強度分布を、図６に示す単一のロッドレンズを用いて平行光をライン光に変換した場合の光強度分布と比較すると、光の放射角度が０°のときは光強度が約９０％から約１５％に減少しているものの、放射角度が４５°のときに約１８％から約４０％に、放射角度が８０°のときに約８％から約２０％に増加している。つまり、本実施の形態に係るラインレーザー装置１００では、単一のロッドレンズを用いてライン光を生成した場合よりも、ライン光を視認できる角度が広くなっている。本実施の形態に係るラインレーザー装置１００では、平行光のうち、光強度が大きい光軸付近の光が大きく屈折されて中央部から離れた位置に出力される。一方、光強度が小さい光軸から離れた部分の光は、ほとんど屈折されずに出力される。その結果、ライン光の中央部から離れた位置での光強度を視認可能なレベルに維持でき、ライン光の長さ方向全体にわたって、ライン光の明るさのばらつきが小さくなるので、ライン光の視認性を向上できる。

図７においては、第１ロッドレンズ１１０の直径Ｒａを平行光のビーム直径Ｒｂと等しく設定したが、平行光のビーム直径Ｒｂを、第１ロッドレンズ１１０の直径Ｒａよりも大きく設定してもよい。この場合、第１ロッドレンズ１１０の光軸より外側（図面では上側）に入射された光は、第１ロッドレンズ１１０の光軸より内側（図面では下側）に屈折されるので、ライン光の中央部付近の光強度を、図８に示した光強度分布よりも大きくすることができる。

図９は、３つのロッドレンズを並設してライン光を生成した様子を示す図である。上記の実施の形態では、２つのロッドレンズを並設してレンズユニットを構成したが、並設するロットレンズの数は、２つに限られず、３つ以上であってもよい。図９に示すように、３つのロッドレンズ１２０、１２２、１２４を並設した場合、平行光２３０のうち、光強度の大きい中心付近の光は、真ん中のロッドレンズ１２２によって、ライン光の中央部だけでなく、中央部から離れた位置にも拡散される。その結果、ライン光の中央部から離れた位置での光強度が大きくなり、ライン光の長さ方向全体にわたって、ライン光の明るさのばらつきが小さくなるので、ライン光の視認性を向上できる。

図１０は、２つの平凸シリンドリカルレンズを並設してライン光を生成した様子を示す図である。上記においては、シリンドリカルレンズの例として、ロッドレンズを示したが、他のシリンドリカルレンズを利用することもできる。ここで、シリンドリカルレンズとは、円柱形状の面もしくはその面の一部を屈折面として有するレンズであり、入射された平行光を一方向、すなわちレンズの曲率方向にのみ拡散するレンズである。

図１０では、シリンドリカルレンズの他の例として、２つの平凸シリンドリカルレンズ１３０、１３２を並設している。この場合、２つの平凸シリンドリカルレンズ１３０、１３２に入射される平行光２３２のうち、光強度の大きい中央付近の光が、ライン光の中央部から離れた位置に拡散される。その結果、ライン光の中央部から離れた位置での光強度が大きくなり、ライン光の長さ方向全体にわたって、ライン光の明るさのばらつきが小さくなるので、ライン光の視認性を向上できる。図１０では、平凸シリンドリカルレンズを並設する例を示したが、平凹シリンドリカルレンズを並設してもよい。

図１１は、水平ラインと垂直ラインのラインレーザー装置を一体化して構成したレーザー墨出し器１０を示す図である。図１１に示すレーザー墨出し器１０において、ラインレーザー装置１５０以外の構成要素は、図２に示すレーザー墨出し器と同様である。なお、図１１では、ラインレーザー装置１５０を構成する光学部品についてのみ図示し、それらを収容するハウジング等については図示を省略する。

ラインレーザー装置１５０は、図１１に示すように、箱体である振り子１２の内部に設けられる。ラインレーザー装置１５０は、半導体レーザ１５２と、コリメータレンズ１５４と、ハーフミラー１５６と、全反射ミラー１６０と、第１レンズユニット１５８と、第２レンズユニット１６２と、を備える。

半導体レーザ１５２から出力されたレーザー光は、コリメータレンズ１５４によって平行光に変換される。コリメータレンズ１５４からの平行光は、ハーフミラー１５６に入射され、第１レンズユニット１５８側に向かう平行光と、全反射ミラー１６０側に向かう平行光とに分岐される。ハーフミラー１５６は、ビームスプリッタであってもよい。

第１レンズユニット１５８側に出力された平行光は、第１レンズユニット１５８によってライン光に変換される。第１レンズユニット１５８は、図４のように、２つのロッドレンズが並設されたレンズユニットであってよい。第１レンズユニット１５８のロッドレンズは、垂直ラインを出力するために、その中心軸が水平になるように設けられる。

一方、全反射ミラー１６０側に出力された平行光は、全反射ミラー１６０によって反射され、第２レンズユニット１６２に入射される。第２レンズユニット１６２もまた、図４のように、２つのロッドレンズが並設されたレンズユニットであってよい。第２レンズユニット１６２のロッドレンズは、水平ラインを出力するために、その中心軸が垂直になるように設けられる。

このように形成されたラインレーザー装置１５０においても、２つのロッドレンズを並設したレンズユニットを用いて平行光をライン光に変換することにより、水平方向のライン光および垂直方向のライン光の視認性を向上することができる。また、ラインレーザー装置１５０は、単一の半導体レーザ１５２で水平ラインと垂直ラインを出力できるので、部品点数が削減され、ラインレーザー装置、ひいてはレーザー墨出し器を小型化できる。また、半導体レーザーの数が１つであるから、消費電力や、コストの面からも有利である。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、その各構成要素の組合せにいろいろな変形例が可能である。また、そうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

本実施の形態に係るレーザー墨出し器の斜視図である。 図１に示すレーザー墨出し器のＡ−Ａ断面図である。 ボールベアリング周辺部を示す図である。 本実施の形態に係るラインレーザー装置を示す図である。 単一のロッドレンズを用いてライン光を生成した場合の光線追跡シミュレーションを示す図である。 図５に示す光線追跡シミュレーションの光強度分布について示す図である。 本実施の形態に係るラインレーザー装置の光線追跡シミュレーションを示す図である。 図７に示す光線追跡シミュレーションの光強度分布について示す図である。 ３つのロッドレンズを並設してライン光を生成した様子を示す図である。 ２つの平凸シリンドリカルレンズを並設してライン光を生成した様子を示す図である。 水平ラインと垂直ラインのラインレーザー装置を一体化して構成したレーザー墨出し器を示す図である。

符号の説明

１０ レーザー墨出し器、 １２ 振り子、 １４ 支持体、 １６ 第１ラインレーザー装置、 １７ 第２ラインレーザー装置、 ２４ ジンバル機構、 １００ ラインレーザー装置、 １０２ 半導体レーザー、 １０４ コリメータレンズ、 １０６ レンズユニット、 １０８ レンズホルダ、 １１０ 第１ロッドレンズ、 １１１ 第２ロッドレンズ、 １１６ ハウジング。

Claims (6)

1. ライン光を出力するラインレーザー装置であって、
   レーザー光を出力するレーザーと、
   前記レーザーからのレーザー光を平行光に変換する第１レンズと、
   並設された複数のシリンドリカルレンズを有し、その複数のシリンドリカルレンズに前記第１レンズからの平行光を入射することによりライン光を出力する第２レンズと、
   を備えることを特徴とするラインレーザー装置。
2. 前記第２レンズは、並設された２つのシリンドリカルレンズを有し、前記第１レンズからの平行光の光軸が、前記２つのシリンドリカルレンズのそれぞれの光軸とずれる位置に配設されることを特徴とする請求項１に記載のラインレーザー装置。
3. 前記２つのシリンドリカルレンズは、接触した状態で並設されており、前記第１レンズからの平行光の光軸が、前記２つのシリンドリカルレンズの接触位置を通過することを特徴とする請求項２に記載のラインレーザー装置。
4. 前記２つのシリンドリカルレンズは、前記第１レンズからの平行光の光軸が、前記２つのシリンドリカルレンズのそれぞれの光軸間の中央を通過するように配設されることを特徴とする請求項２または３に記載のラインレーザー装置。
5. 前記シリンドリカルレンズは、ロッドレンズであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のラインレーザー装置。
6. 請求項１から５のいずれかに記載のラインレーザー装置と、前記ラインレーザー装置を支持する支持機構と、を備えることを特徴とするレーザー墨出し器。

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