JP2010286362A - 回転レーザ出射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転軸を取り囲む環状の回転体に設けられたレーザ出射部から出射されるレーザ光の出射方向が回転軸に対してブレることを防止することができる回転レーザ出射装置を提供する。
【解決手段】回転軸Ｒａ回りに回転可能に支持された回転体１２にレーザ出射部４１が収容された回転レーザ出射装置１０である。レーザ出射部４１は、レーザ光を出射可能とされたレーザ光源５０と、そこから出射されたレーザ光を基準平面Ｂｐに平行な出射光軸Ａｌ上で出射させる出射光学系と、を有し、基台１１には、基準平面Ｂｐに平行な基準反射面３６を構成する基準反射部３５が設けられ、出射光学系は、レーザ光源５０から出射されたレーザ光を基準反射面３６へ向けて出射させるとともに、基準反射面３６により反射されたレーザ光を回転体１２の回転軸Ｒａに対する傾斜を打ち消すように出射光軸Ａｌに対して傾斜する方向へと出射させる。
【選択図】 図９

Description

本発明は、レーザ光を回転照射する回転レーザ出射装置に関する。

例えば、土木工事等に伴う測量では、レーザ光を回転照射する回転レーザ出射装置を用いて、そこから出射されたレーザ光を受光装置で受光することにより、当該受光位置における回転軸に直交する平面に対する傾斜角および高さを測定することが知られている。このような回転レーザ出射装置は、基本的に基台上にレーザ出射部が回転可能に設けられ、回転軸に対して直交する方向にレーザ光を出射する構成とされている。回転レーザ出射装置では、傾斜角および高さの測定精度を高めるために、出射されるレーザ光の回転軸に対するぶれの発生を極力抑制することが求められている。

このような回転レーザ出射装置として、基台に対して回転軸回りに回転可能に回転体が設けられ、この回転体内に回転軸上に積み重ねられた複数のペンタプリズムが収容され、そのペンタプリズムへ向けて回転軸に沿うレーザ光を出射可能なレーザ光源が基台に固定的に設けられた構成のものが考えられている（例えば、特許文献１参照）。この回転レーザ出射装置では、回転体が基台に対して回転されることにより各ペンタプリズムが回転され、レーザ光源から出射されたレーザ光が回転される各ペンタプリズムを経て出射されることにより、レーザ光を回転照射することができる。回転レーザ出射装置では、各ペンタプリズムが回転軸上に積み重ねられていることから当該各ペンタプリズムすなわち回転体を安定して回転させることができるので、レーザ光の分割が容易でありながら、回転振動等に基づくぶれの発生を極力抑制することを可能としている。

ところで、この回転レーザ出射装置では、ペンタプリズムの上方すなわち回転体の上方に、他の測定装置（例えば、ＧＰＳ用の受信装置等）を設置すると、当該測定装置が回転体とともに回転してしまうこととなる。そこで、回転体の外方に固定筒を設け、この固定筒の内方で回転体を回転させるとともに当該固定筒の上部に他の測定装置の設置箇所を設ける構成とすることが考えられるが、その固定筒には、回転体の外方で上下方向に連続する箇所を設ける必要がある。ここで、回転レーザ出射装置では、測定の利便性を高めつつ測定精度を高める観点から、回転体の回転方向で見て３６０度切れ目なくレーザ光を出射できることが望ましい。

このため、このような固定筒を設ける構成に代えて、基台にレーザ出射部の回転軸に沿って延出する支持軸部を設けるとともに回転体に支持軸部の挿通を許す貫通孔を設け、当該支持軸部の上方に他の測定装置の設置部を設ける構成とすることが考えられる。

特開２００６−７１５４５号公報

しかしながら、上記した構成では、回転軸回りに回転される回転体が基台の支持軸部を取り囲む環状を呈しており、この回転体の内方にレーザ出射部が収容されていることから、当該回転体の重心が回転軸上からずれてしまい、この回転体の回転姿勢が回転軸に対してブレてしまう（回転中心が回転軸に対してふらついてしまう）虞がある。すると、レーザ出射部から出射されるレーザ光の出射方向が、回転軸に対してブレてしまい、傾斜角および高さの測定精度が低下してしまう。

本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、回転軸を取り囲む環状の回転体に設けられたレーザ出射部から出射されるレーザ光の出射方向が回転軸に対してブレることを防止することができる回転レーザ出射装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、回転軸回りに回転可能に支持された回転体と、前記回転軸に直交する基準平面に沿ってレーザ光を出射すべく前記回転体に収容されたレーザ出射部と、を備える回転レーザ出射装置であって、前記レーザ出射部は、レーザ光を出射可能とされたレーザ光源と、該レーザ光源から出射されたレーザ光を前記基準平面に平行な出射光軸上で出射させる出射光学系と、を有し、前記基台には、前記基準平面に平行な基準反射面を構成する基準反射部が設けられ、前記出射光学系は、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を前記基準反射面へ向けて出射させるとともに、該基準反射面により反射されたレーザ光を前記回転体の前記回転軸に対する傾斜を打ち消すように前記出射光軸に対して傾斜する方向へと出射させることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の回転レーザ出射装置であって、前記出射光学系は、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を前記基準反射面へ向けて出射させるとともに該基準反射面により反射された当該レーザ光を前記出射光軸上に反射させる反射光学部と、前記基準反射面により反射されたレーザ光を前記回転体の前記回転軸に対する傾斜を打ち消すように前記出射光軸に対して傾斜する方向へと出射させる打消光学部と、を有することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の回転レーザ出射装置であって、前記打消光学部は、入射された光束を平行光束として出射するビームエキスパンダ光学系と、該ビームエキスパンダ光学系へと入射させるレーザ光を平行光束とするための平行光学部材とを有することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の回転レーザ出射装置であって、前記ビームエキスパンダ光学系は、前記基準反射面により反射された後のレーザ光が進行する光路上に設けられており、前記レーザ光源から出射されたレーザ光が進行する光路上での前記平行光学部材の設定位置と前記基準反射面での反射回数とにより角倍率が設定されていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の回転レーザ出射装置であって、前記基準反射部は、前記支持軸部を取り囲むような環状を呈し、前記基台に設けられていることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の回転レーザ出射装置であって、前記レーザ出射部には、前記出射光学系を経たレーザ光を、前記回転軸から遠ざかるにともなって一方向に拡がっていく扇状に成形するシリンドリカルレンズが設けられ、前記レーザ出射部は、前記シリンドリカルレンズを介して少なくとも２本の扇状のレーザ光を出射し、両該扇状のレーザ光の断面形状における長尺方向を互いに異なる向きとすることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の回転レーザ出射装置であって、前記レーザ出射部には、前記出射光学系を経たレーザ光を複数に分割するための分割光学部材が設けられていることを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の回転レーザ出射装置であって、前記分割光学部材は、前記回転軸に直交する面に沿って並列され互いに当接された複数のプリズムブロックであることを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、請求項６ないし請求項８のいずれか１項に記載の回転レーザ出射装置であって、前記シリンドリカルレンズを介して出射された複数の扇状のレーザ光は、出射方向が前記回転軸上の同一個所で交差するように設定されていることを特徴とする。

請求項１０に記載の発明は、回転軸に沿って延在する支持軸部を有する基台と、前記支持軸部を受け入れつつ前記基台に対し回転軸回りに回転可能に支持された回転体と、前記回転軸に直交する基準平面に沿ってレーザ光を出射すべく前記回転体に収容されたレーザ出射部と、を備える回転レーザ出射装置であって、前記レーザ出射部は、レーザ光を出射可能とされたレーザ光源と、該レーザ光源から出射されたレーザ光を前記基準平面に平行な出射光軸上で出射させる出射光学系と、を有し、前記基台には、前記基準平面に平行な基準反射面を構成する基準反射部が設けられ、前記出射光学系は、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を前記基準反射面へ向けて出射させるとともに、該基準反射面により反射されたレーザ光を前記回転体の前記回転軸に対する傾斜を打ち消すように前記出射光軸に対して傾斜する方向へと出射させることを特徴とする。

本発明の回転レーザ出射装置によれば、回転体の回転姿勢が回転軸に対してブレてしまった場合であっても、レーザ出射部から出射されるレーザ光の出射方向を常に基準平面に平行なものとすることができる。これは、回転体の回転姿勢が回転軸に対して所定の角度θだけ傾いてしまった場合、回転軸を含む面（以下、鉛直面という）で見ると、レーザ出射部の出射光軸も基準平面に対して角度θだけ傾くが、基準反射部により反射された後、出射光学系を経ることにより、レーザ光源の進行方向は出射光軸に対して鉛直面で見て角度−θだけ傾くこととなり、基準平面に対して平行なものとなる。

上記した構成に加えて、前記出射光学系は、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を前記基準反射面へ向けて出射させるとともに該基準反射面により反射された当該レーザ光を前記出射光軸上に反射させる反射光学部と、前記基準反射面により反射されたレーザ光を前記回転体の前記回転軸に対する傾斜を打ち消すように前記出射光軸に対して傾斜する方向へと出射させる打消光学部と、を有することとすると、回転体の回転姿勢が回転軸に対してブレてしまった場合であっても、反射光学部と打消光学部との協働により、レーザ出射部から出射されるレーザ光の出射方向を常に基準平面に平行なものとすることができる。

上記した構成に加えて、前記打消光学部は、入射された光束を平行光束として出射するビームエキスパンダ光学系と、該ビームエキスパンダ光学系へと入射させるレーザ光を平行光束とするための平行光学部材とを有することとすると、打消光学部を簡易な構成とすることができる。

上記した構成に加えて、前記ビームエキスパンダ光学系は、前記基準反射面により反射された後のレーザ光が進行する光路上に設けられており、前記レーザ光源から出射されたレーザ光が進行する光路上での前記平行光学部材の設定位置と前記基準反射面での反射回数とにより角倍率が設定されていることとすると、ビームエキスパンダ光学系および平行光学部材を有する打消光学部と、反射光学部とが互いに適合するように適宜設定することができるので、出射光学系の設定の自由度を高めつつレーザ出射部から出射されるレーザ光の出射方向を常に基準平面に平行なものとすることができる。

上記した構成に加えて、前記基準反射部は、前記支持軸部を取り囲むような環状を呈し、前記基台に設けられていることとすると、基準反射部は、簡易な構成でありながら、基台に対する回転体の回転角度（回転体の回転方向で見た角度位置）に拘らず光軸上反射部により反射されたレーザ光を当該光軸上反射部へと確実に反射することができる。

上記した構成に加えて、前記レーザ出射部には、前記出射光学系を経たレーザ光を、前記回転軸から遠ざかるにともなって一方向に拡がっていく扇状に成形するシリンドリカルレンズが設けられ、前記レーザ出射部は、前記シリンドリカルレンズを介して少なくとも２本の扇状のレーザ光を出射し、両該扇状のレーザ光の断面形状における長尺方向を互いに異なる向きとすることとすると、傾斜角および高さの測定に好適なファンビームを、鉛直面で見て基準平面に平行な進行方向のレーザ光により少なくとも２本形成することができる。

上記した構成に加えて、前記レーザ出射部には、前記出射光学系を経たレーザ光を複数に分割するための分割光学部材が設けられていることとすると、出射光学系を経た後のレーザ光を分割することから、回転体の回転姿勢が回転軸に対してブレてしまった場合であっても、出射方向が常に基準平面に平行な複数のレーザ光を出射させることができる。

上記した構成に加えて、前記分割光学部材は、前記回転軸に直交する面に沿って並列され互いに当接された複数のプリズムブロックであることとすると、回転軸方向で見た大きさ寸法を抑制しつつ複数のレーザ光を出射させることができる。

上記した構成に加えて、前記シリンドリカルレンズを介して出射された複数の扇状のレーザ光は、出射方向が前記回転軸上の同一個所で交差するように設定されていることとすると、複数の扇状のレーザ光を受光装置で受光して当該受光位置における回転軸に直交する平面に対する傾斜角および高さを測定するための計算を簡易なものとすることができる。

回転軸に沿って延在する支持軸部を有する基台と、前記支持軸部を受け入れつつ前記基台に対し回転軸回りに回転可能に支持された回転体と、前記回転軸に直交する基準平面に沿ってレーザ光を出射すべく前記回転体に収容されたレーザ出射部と、を備える回転レーザ出射装置であって、前記レーザ出射部は、レーザ光を出射可能とされたレーザ光源と、該レーザ光源から出射されたレーザ光を前記基準平面に平行な出射光軸上で出射させる出射光学系と、を有し、前記基台には、前記基準平面に平行な基準反射面を構成する基準反射部が設けられ、前記出射光学系は、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を前記基準反射面へ向けて出射させるとともに、該基準反射面により反射されたレーザ光を前記回転体の前記回転軸に対する傾斜を打ち消すように前記出射光軸に対して傾斜する方向へと出射させることとすると、回転体の回転姿勢が回転軸に対してブレてしまった場合であっても、レーザ出射部から出射されるレーザ光の出射方向を常に基準平面に平行なものとすることができる。

本発明に係る回転レーザ出射装置の概略構成を示す説明図である。 回転体の収容部に収容されたレーザ出射部の構成を模式的に示す説明図である。 図２に示すレーザ出射部を回転軸方向で上方からみた説明図である。 レーザ出射部のビームエキスパンダ光学系の作用を説明するための説明図である。 回転レーザ出射装置を用いた測量の概要を説明するための説明図であり、（ａ）は回転レーザ出射装置と受光器とが等しい高さ位置とされている場面を示し、（ｂ）は（ａ）の状態における受光器による受光の様子を示し、（ｃ）は回転レーザ出射装置に対して受光器が高い高さ位置とされている場面を示し、（ｄ）は（ｃ）の状態における受光器による受光の様子を示している。 回転レーザ出射装置のレーザ照射部の作用を説明するために模式的に示す説明図であって、元の状態を示している。 回転レーザ出射装置のレーザ照射部の作用を説明するために模式的に示す説明図であって、（ａ）は出射光軸が角度θだけ傾いた状態を示し、（ｂ）は作用の理解容易のために仮想光路Ｐ３´´および実際の光路Ｐ３´を通った光束が同一箇所に向かうものと仮定した状態を示している。 回転レーザ出射装置のレーザ照射部の作用を説明するために模式的に示す説明図であって、（ａ）は出射光軸が角度−θだけ傾いた状態を示し、（ｂ）は作用の理解容易のために仮想光路Ｐ３´´および実際の光路Ｐ３´を通った光束が同一箇所に向かうものと仮定した状態を示している。 出射光軸が角度θだけ傾いた状態を示す図２と同様の説明図である。 実施例２の回転レーザ出射装置のレーザ出射部の構成を模式的に示す図２と同様の説明図である。 実施例２のレーザ出射部において出射光軸が角度θだけ傾いた状態を示す図９と同様の説明図である。 実施例３の回転レーザ出射装置のレーザ出射部の構成を模式的に示す図２と同様の説明図である。 実施例３のレーザ出射部の作用を説明するために模式的に示す説明図であって、（ａ）は出射光軸Ａｌが角度θだけ傾いた状態を示し、（ｂ）は作用の理解容易のために仮想光路Ｐ３´´および実際の光路Ｐ３´を通った光束が同一箇所に向かうものと仮定した状態を示している。 レーザ出射部において出射光軸Ａｌが角度θだけ傾いた状態を示す図９と同様の説明図である。 実施例４の回転レーザ出射装置のレーザ出射部の構成を模式的に示す図２と同様の説明図である。 レーザ出射部の作用の基本的な概念を説明するためにＬＤからコリメータレンズに至る光路を模式的に示す説明図である。 レーザ出射部において出射光軸Ａｌが角度θだけ傾いた状態を示す図９と同様の説明図である。 実施例５の回転レーザ出射装置のレーザ出射部の構成を模式的に示す図２と同様の説明図である。 レーザ出射部において出射光軸Ａｌが角度θだけ傾いた状態を示す図１１と同様の説明図である。 実施例６の回転レーザ出射装置のレーザ出射部の構成を模式的に示す図２と同様の説明図である。 実施例７の回転レーザ出射装置のレーザ出射部の構成を模式的に示す図２と同様の説明図である。 レーザ出射部の作用の基本的な概念を説明するために仮想光源からレンズに至る光路を模式的に示す図１６と同様の説明図である。 本発明に係る回転レーザ出射装置の他の例の概略構成を示す説明図である。

以下に、本発明に係る回転レーザ出射装置の発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１は本発明に係る一実施例としての回転レーザ出射装置１０の概略構成を示す説明図である。図２は、回転体１２の収容部４２に収容されたレーザ出射部４１の構成を模式的に示す説明図であり、図３は、図２に示すレーザ出射部４１を回転軸Ｒａ方向で上方からみた説明図である。図４は、レーザ出射部４１のビームエキスパンダ光学系５３の作用を説明するための説明図である。以下の説明および各図面では、理解容易のために、回転軸ＲａをＺ軸方向とし、そこに直交する平面をＸ−Ｙ平面とする。

回転レーザ出射装置１０は、図１に示すように、基台１１に対して回転体１２が回転可能に支持されて構成されている。この回転レーザ出射装置１０は、測量の際に既知点に設置され、測定用レーザ光線Ｌｍを一定の速度で回転照射するものである。

基台１１は、回転レーザ出射装置１０を既知点に設置する際の基準となる箇所であり、ベース部１３の上方にケース１４が設けられて構成されている。ベース部１３は、図示は略すが回転レーザ出射装置１０の設置のための脚部が設けられる箇所であり、全体に板状を呈し、中央に位置決めのための照射孔１５が設けられている。このベース部１３は、照射孔１５を互いに等間隔で取り巻く３箇所に設けられたネジ１６（図１では２つのみ図示する。）によりケース１４を支持している。この３つのネジ１６は、１つがケース１４に固定され、かつ残りの２つが高さおよび傾き調整のためにケース１４への螺合量が可変とされている。

このケース１４は、各ネジ１６が螺合される円板状を呈する底壁部１７と、この底壁部１７とともに外形を形作る円筒状を呈する外壁部１８と、この外壁部１８の内方で底壁部１７上に設けられた円筒状を呈する内筒部１９とを有する。

ケース１４には、制御部としての機能を有するメイン基板２０が収容されている。このメイン基板２０は、電動される各部に電気的に接続されており、その制御部が各部の動作を統括的に制御する。

ケース１４には、底壁部１７に関連して位置決め照射機構２１とレベル調整機構２２とが設けられている。この位置決め照射機構２１とレベル調整機構２２とは、上述した制御部（２０）の制御下で、図示を略す操作部に為された操作に応じて動作する。

位置決め照射機構２１は、底壁部１７の中央に設けられ、照射光源２３からレーザ光を出射し底壁部１７に設けられた貫通孔２４およびコリメータレンズ２５を経て、ベース部１３の照射孔１５を通過することにより、回転レーザ出射装置１０の設置面に設置位置の基準となる照射スポット（図示せず）を形成する。この位置決め照射機構２１の照射光軸は、ケース１４すなわち基台１１の中心軸と一致され、後述する回転軸Ｒａに一致されている。このため、回転レーザ出射装置１０では、位置決め照射機構２１で形成する照射スポット（図示せず）を用いることにより、既知点に設置することが容易なものとされている。

レベル調整機構２２は、ベース部１３に対する底壁部１７すなわちケース１４の傾斜を調整するものであり、螺合量が可変とされた２つのネジ１６（一方は図示せず）に対応して設けられている。レベル調整機構２２は、ギア２６を介してレベル調整モータ２７がネジ１６に螺合されて構成されており、レベル調整モータ２７の駆動によりネジ１６を回転させることで当該ネジ１６の底壁部１７への螺合量を調節することができ、２つのネジ１６（一方は図示せず）の螺合量を適宜調節することによりベース部１３に対する底壁部１７すなわちケース１４の傾斜を調整することができる。

また、ケース１４には、外壁部１８に関連してパネルディスプレイ２８とバッテリ格納部２９とが設けられている。パネルディスプレイ２８は、回転レーザ出射装置１０における諸情報を表示するものであり、上述した制御部の制御下で動作される。バッテリ格納部２９は、回転レーザ出射装置１０における電力供給のためのバッテリ３０を格納する空間であり、開閉自在とされた蓋板３１により遮蔽される。

ケース１４には、内筒部１９に関連して一対のチルトセンサ３２が設けられている。この両チルトセンサ３２は、水平面に対する内筒部１９の傾斜を検出するものであり、一方がＸ軸回りの傾きを、他方がＹ軸回りの傾きを、検出可能とされている。

この内筒部１９は、前述したように全体に筒状を呈しており、その上部に軸線（後述する回転軸Ｒａに一致する）に直交する基準平面Ｂｐ（図２等参照）を規定する上壁部分３３と、その中央から軸線（回転軸Ｒａ）に沿って延在する筒状の支持軸部分３４（請求項の支持軸部に相当する）とを有する。内筒部１９では、一対のチルトセンサ３２により傾きが検出されない状態とされると、その上壁部分３３が規定する基準平面Ｂｐが水平面と平行となるように設定されている。

この基準平面Ｂｐには、環状ミラー３５が設けられている。この環状ミラー３５は、支持軸部分３４（後述する回転軸Ｒａ）を一定の間隔を置いて取り囲む環状（図３参照）を呈し、基準平面Ｂｐに平行な環状の反射面３６（基準反射面であり、以下環状反射面３６という）を形成している。この環状ミラー３５は、後述する回転体１２が回転軸Ｒａ回りに回転された際、その収容部４２に収容されたレーザ出射部４１の光軸上反射部５２がＸ−Ｙ平面上に描く環状の軌道に合致するように、基準平面Ｂｐ上に基準反射面である環状反射面３６を形成している。よって、環状ミラー３５は、基準反射面を構成する基準反射部として機能する。このため、回転体１２が回転軸Ｒａ回りに回転された際、回転軸Ｒａに沿う方向で見てレーザ出射部４１の光軸上反射部５２の下方には、回転位置に拘らず常に環状反射面３６が位置されていることとなる。

この支持軸部分３４は、上端が設置部３７とされており、実施例１では、無線ユニット３８が設置され、さらにその無線ユニット３８の上端にＧＰＳ受信端末（図示せず）の取り付けのためのアダプタ３９が設けられている。

この内筒部１９に回転体１２が回転可能に支持されている。回転体１２は、内筒部１９に支持される基部４０と、レーザ出射部４１を収容する収容部４２と、を有する。

基部４０は、内筒部１９の上部の形状に適合する筒状を呈し、ベアリング部材４３を介して内筒部１９の軸線回りに回転可能に当該内筒部１９に支持されている。このため、内筒部１９の軸線が基部４０すなわち回転体１２の回転軸Ｒａとなる。

この基部４０と内筒部１９との間には、ダイレクトドライブモータ（以下、ＤＤモータ４４という）と、エンコーダ４５と、電力転送機構４６と、データ転送機構４７とが設けられている。このＤＤモータ４４が駆動されることにより、基部４０が内筒部１９に対して回転される。エンコーダ４５は、この相対的な回転速度や回転量を検出するために設けられている。このように回転している場合であっても、基部４０と内筒部１９との間では、電力転送機構４６により電力の供給が為され、かつデータ転送機構４７によりデータの遣り取りが可能とされている。この内筒部１９に対して回転される基部４０の上端に収容部４２が固定されている。

収容部４２は、中空の円柱形状を呈し、その上壁部４２ａおよび下壁部４２ｂには中央部分に軸線に一致する貫通孔４２ｃが設けられている。この収容部４２では、基部４０が内筒部１９に回転可能に支持されている状態において、貫通孔４２ｃに内筒部１９の支持軸部分３４が挿通され、この支持軸部分３４の上端（設置部３７）が上壁部４２ａから突出されている。このため、収容部４２が基部４０とともに内筒部１９に対して回転されても、設置部３７は、収容部４２すなわち回転体１２とともに回転されることはなく、安定して他の測定装置（この例では無線ユニット３８）を収容部４２すなわちそこに収容されたレーザ出射部４１の上方で支持することができる。また、収容部４２の下壁部４２ｂには、レーザ出射部４１の後述する光軸上反射部５２の下方位置に反射用貫通孔４８が設けられている。この反射用貫通孔４８は、後述するように、レーザ出射部４１の出射光軸Ａｌ上のレーザ光が、光軸上反射部５２により反射され、環状ミラー３５の環状反射面３６により反射され、再び光軸上反射部５２により反射されて出射光軸Ａｌ上へと戻る光路（図６の光路Ｐ２および光路Ｐ３参照）の形成のための貫通孔である。

そのレーザ出射部４１は、収容部４２の側壁面４２ｄに設けられた照射開口４９からレーザ光を照射可能とされている。このため、回転レーザ出射装置１０では、回転体１２が内筒部１９に対して回転されることにより、回転軸Ｒａ回りに全周に渡ってレーザ光（測定用レーザ光線Ｌｍ）を照射できることとなる。

このレーザ出射部４１は、図２および図３に示すように、半導体レーザーダイオード（以下、ＬＤ５０という）と、コリメータレンズ５１と、光軸上反射部５２と、ビームエキスパンダ光学系５３と、ビーム成形光学系５４とを有する。このレーザ出射部４１の出射光軸Ａｌは、回転体１２の軸線が回転軸Ｒａと一致された状態において、内筒部１９の上壁部分３３により規定された基準平面Ｂｐと平行となるように設定されている。

ＬＤ５０は、レーザ出射部４１の駆動制御部としての機能を有する駆動制御基板５５（図１参照）に接続されており、この駆動制御部の制御により駆動されて出射光軸Ａｌ上にレーザ光を出射する（レーザ光源）。この出射光軸Ａｌ上に、コリメータレンズ５１、光軸上反射部５２、ビームエキスパンダ光学系５３、ビーム成形光学系５４が配置されている。

このＬＤ５０から出射されたレーザ光は、コリメータレンズ５１に至る。コリメータレンズ５１は、ＬＤ５０からのレーザ光を平行光束とするものである。コリメータレンズ５１を経て平行光束とされたレーザ光は、光軸上反射部５２に至る。

光軸上反射部５２は、ＬＤ５０に臨む第１反射面５６と、ビームエキスパンダ光学系５３に臨む第２反射面５７とを有する。第１反射面５６は、コリメータレンズ５１を経て平行光束とされたレーザ光を、収容部４２の反射用貫通孔４８（図１参照）を通過させつつ内筒部１９の基準平面Ｂｐに設けられた環状ミラー３５の環状反射面３６へ向けて反射するものである。また、第２反射面５７は、第１反射面５６により反射された後に環状ミラー３５の環状反射面３６により反射され収容部４２の反射用貫通孔４８（図１参照）を通過したレーザ光を、出射光軸Ａｌ上でビームエキスパンダ光学系５３へと向かうように、当該ビームエキスパンダ光学系５３へ向けて反射するものである。ここで、実施例１では、出射光軸Ａｌと基準平面Ｂｐとが平行とされており、環状ミラー３５の環状反射面３６が基準平面Ｂｐに平行とされていることから、第１反射面５６と第２反射面５７とは、出射光軸Ａｌに対する傾斜角度が絶対値で等しくされている。

この光軸上反射部５２は、実施例１では、断面形状が二等辺三角形の三角柱形状の部材で構成され、断面の二等辺三角形で見た頂角が基準平面Ｂｐに対向しつつ基準平面Ｂｐに平行でかつ出射光軸Ａｌに直交する方向に延在するように、配置されている。このため、第１反射面５６と第２反射面５７とは、断面の二等辺三角形で見て等しい２つの辺となる面により形成されている。

この第２反射面５７により反射されたレーザ光は、上述したように、出射光軸Ａｌ上でビームエキスパンダ光学系５３へと向かう。このビームエキスパンダ光学系５３は、２つのレンズ５３ａ、５３ｂにより構成されており、図４に示すように、平行光束が入射されると、そのビーム径を拡張した平行光束として出射する。また、ビームエキスパンダ光学系５３は、実施例１では、レンズ５３ａの（レンズ５３ｂ側の）焦点距離ｆａとレンズ５３ｂの（レンズ５３ａ側の）焦点距離ｆｂとの比が１：２とされており、角倍率が１／２に設定されている。このため、ビームエキスパンダ光学系５３では、光軸（出射光軸Ａｌに一致されている）に対して角度２α（図４を正面視して反時計周りをプラス側とする）でレンズ５３ａに入射してきた光束が、光軸に対して角度−αでレンズ５３ｂから出射される。このビームエキスパンダ光学系５３における入射角度と出射角度との関係は、入射角度が小さい範囲でのみ成り立つものであるが、後述するように本願発明のレーザ出射部４１においては入射角度が極めて小さい範囲で変動することから、第２反射面５７により反射されてビームエキスパンダ光学系５３に入射する総てのレーザ光に適合される。

ビームエキスパンダ光学系５３を経たレーザ光は、ビーム成形光学系５４に至る。このビーム成形光学系５４は、入射されたレーザ光を３分割するとともに、分割した各レーザ光をファンビームに成形して出射するものである。このビーム成形光学系５４は、図３に示すように、３分割のための３つのプリズムブロック５８ａ、５８ｂ、５８ｃと、ファンビームに成形するための３つのシリンドリカルレンズ５９ａ、５９ｂ、５９ｃとを有する。ビーム成形光学系５４は、プリズムブロック５８ａ、５８ｂ、５８ｃが基準平面Ｂｐと平行に並列されて接合され、かつ各プリズムブロック５８ａ、５８ｂ、５８ｃに各シリンドリカルレンズ５９ａ、５９ｂ、５９ｃが接合されて構成されている。

詳細には、ビーム成形光学系５４では、プリズムブロック５８ｂにより出射光軸Ａｌ上に位置された入射端面６０が形成され、同じく出射光軸Ａｌ上に位置されたプリズムブロック５８ａにより第１出射端面６１ａが形成され、このプリズムブロック５８ａとプリズムブロック５８ｂとの接合面によりビームスプリッタ６２ａが形成されている。また、出射光軸Ａｌ上の光束がビームスプリッタ６２ａにより反射される方向には、プリズムブロック５８ｂとプリズムブロック５８ｃとの接合面によりビームスプリッタ６２ｂが形成され、このビームスプリッタ６２ｂにより反射される方向にはプリズムブロック５８ｂにより第２出射端面６１ｂが形成されている。さらに、ビームスプリッタ６２ａにより反射された後ビームスプリッタ６２ｂを透過した光束が進行する方向には、プリズムブロック５８ｃによりプリズム反射面６３が形成され、このプリズム反射面６３により反射される方向にはプリズムブロック５８ｃにより第３出射端面６１ｃが形成されている。

この各出射端面６１ａ、６１ｂ、６１ｃに、シリンドリカルレンズ５９（個別に示す場合には５９ａ、５９ｂ、５９ｃ）が設けられている。この各シリンドリカルレンズ５９は、出射端面６１ａ、６１ｂ、６１ｃから出射された平行光束を、回転軸Ｒａから遠ざかるにともなって末広がりの扇状面形状を呈する光束いわゆるファンビームとするように設定されている。

このため、ビーム成形光学系５４では、出射光軸Ａｌ上を通って入射端面６０にレーザ光が入射すると、プリズムブロック５８ｂ内を進行してビームスプリッタ６２ａに至り、２分割される。このビームスプリッタ６２ａを透過した一方のレーザ光は、プリズムブロック５８ａ内を進行して出射端面６１ａを経てシリンドリカルレンズ５９ａに至り、ビームスプリッタ６２ａにより反射された他方のレーザ光は、プリズムブロック５８ｂ内を進行してビームスプリッタ６２ｂに至り、さらに２分割される。このビームスプリッタ６２ｂにより反射された一方のレーザ光は、プリズムブロック５８ｂ内を進行して出射端面６１ｂを経てシリンドリカルレンズ５９ｂに至り、ビームスプリッタ６２ｂを透過した他方のレーザ光は、プリズムブロック５８ｃ内を進行してプリズム反射面６３に至り、そこで反射されて出射端面６１ｃを経てシリンドリカルレンズ５９ｃに至る。

このビーム成形光学系５４では、シリンドリカルレンズ５９ａから出射されたファンビームが回転軸Ｒａに沿う照射光線Ｓａとされ、シリンドリカルレンズ５９ｃから出射されたファンビームが回転軸Ｒａに沿いつつ照射光線Ｓａと所定の間隔（水平面で見て互いの出射方向が所定の角度関係）とされ、シリンドリカルレンズ５９ｂから出射されたファンビームが照射光線Ｓａと照射光線Ｓｃとの間で一方の上端と他方の下端とを架け渡すように斜めに延在する照射光線Ｓｂとされる。この照射光線Ｓａ、照射光線Ｓｂおよび照射光線Ｓｃにより、回転照射される測定用レーザ光線Ｌｍが形成されている。実施例１では、照射光線Ｓａの進行方向を示す線（主光線：符号Ｃｒａ参照）と、照射光線Ｓｂの進行方向を示す線（主光線：符号Ｃｒｂ参照）と、照射光線Ｓｃの進行方向を示す線（主光線：符号Ｃｒｃ参照）と、が、回転軸Ｒａ上の同一個所で交差するように、ビーム成形光学系５４が設定されている。

このように、レーザ出射部４１は、回転体１２の収容部４２の側壁面４２ｄに設けられた照射開口４９からレーザ光（測定用レーザ光線Ｌｍ）を照射することができるので、回転レーザ出射装置１０では、回転体１２を内筒部１９に対して回転させつつレーザ出射部４１からレーザ光（測定用レーザ光線Ｌｍ）を出射させることにより、回転軸Ｒａ回りに全周に渡って基準平面Ｂｐに沿って測定用レーザ光線Ｌｍを照射できる。

次に、この回転レーザ出射装置１０を用いた測量について図５を用いて説明する。図５は、回転レーザ出射装置１０を用いた測量の概要を説明するための説明図であり、（ａ）は回転レーザ出射装置１０と受光器６５とが等しい高さ位置とされている場面を示し、（ｂ）は（ａ）の状態における受光器６５による受光の様子を示し、（ｃ）は回転レーザ出射装置１０に対して受光器６５が高い高さ位置とされている場面を示し、（ｄ）は（ｃ）の状態における受光器６５による受光の様子を示している。

測量の際、回転レーザ出射装置１０が既知点に設置され、測量したい箇所に受光器６５が設置される。この受光器６５は、検出した受光信号を出力可能とされており、例えば、±１０度の指向性を有する非球面レンズとＳｉフォトダイオードとで構成することができる。この測量では、受光器６５から出力される受光信号の時間間隔を正確に測定することにより、回転レーザ出射装置１０を基準とした測量箇所の位置を測量することができる。

例えば、図５（ａ）に示すように、高さ方向（Ｚ軸方向）で見て、受光器６５の受光部６５ａの中心位置が、回転レーザ出射装置１０の出射位置（出射光軸Ａｌ）と完全に一致している場合、受光器６５では、測定用レーザ光線Ｌｍにおける高さ方向（Ｚ軸方向）で見た中心位置Ｃを受光することになる。すると、受光器６５からは、図５（ｂ）に示すように、照射光線Ｓａ、照射光線Ｓｂおよび照射光線Ｓｃに応じた出力信号が等間隔で出力されることとなる。

他方、図５（ｃ）に示すように、受光器６５の受光部６５ａの中心位置が、回転レーザ出射装置１０の出射位置（出射光軸Ａｌ）に対して、出射角度で見てθｖだけ上方に位置している場合、受光器６５では、高さ方向で見て測定用レーザ光線Ｌｍにおける角度θｖだけ上方位置Ｃ１を受光することになる。すると、受光器６５からは、図５（ｄ）に示すように、照射光線Ｓａ、照射光線Ｓｂおよび照射光線Ｓｃに応じた出力信号が、その上方位置Ｃ１における間隔に応じた時間差で出力されることとなる。

このことから、受光器６５から出力される受光信号の時間間隔を正確に測定することにより、回転レーザ出射装置１０の設置された既知点に対する受光器６５の設置箇所での高低角を正確に算出することができるので、既知点と設置箇所との距離および方向性を求めることにより、測量箇所を正確に測量することができる。

ここで、このような構成の回転レーザ出射装置１０では、回転体１２を内筒部１９に対して回転させると、回転体１２の回転中心が回転軸Ｒａに対してふらついてしまう、すなわち回転体１２の回転姿勢が回転軸Ｒａに対してブレてしまう虞がある。これは、回転体１２では、回転軸Ｒａに対して偏った位置にレーザ出射部４１が設けられていることから、回転に伴って重心移動が生じてしまうので、内筒部１９による回転体１２の支持剛性を高めても回転軸Ｒａ（内筒部１９）に対する回転体１２の回転姿勢のブレを完全になくすことは困難であることによる。このようなブレが生じた際、測定用レーザ光線Ｌｍの出射方向も一緒に傾斜してしまうと、上述したように測定用レーザ光線Ｌｍにおける高さ位置の差異が測量に利用されていることから、正確な測量が行えなくなってしまう。

ところが、本発明に係る回転レーザ出射装置１０では、このような回転軸Ｒａに対する回転体１２の回転姿勢のブレが生じた場合であっても、照射するレーザ光（測定用レーザ光線Ｌｍ）を常に基準平面Ｂｐに平行なものとすることができる。以下では、これについて図６〜図９を用いて説明する。図６〜図８は、本発明に係る実施例１の回転レーザ出射装置１０のレーザ出射部４１の作用を説明するために模式的に示す説明図であり、図６は元の状態を示し、図７は出射光軸Ａｌが角度θだけ傾いた状態を示し、図８は出射光軸Ａｌが角度−θだけ傾いた状態を示している。図９は、出射光軸が角度θだけ傾いた状態を示す図２と同様の説明図である。なお、図６〜図８では、理解容易のために出射光軸Ａｌの傾斜角度、光軸上反射部５２の大きさ寸法等を強調して示しており、実際のレーザ出射部４１に合致するものではない。また、図６〜図８では、理解容易のためにＬＤ５０から出射された出射光軸Ａｌ上のレーザ光が進行する様子を、その中心位置（ＬＤ５０から出射されたレーザ光のうち出射光軸Ａｌ上を通った光束の進行方向）で見た各光路Ｐで示している。さらに、図７および図８では、角度θ（−θ）だけ傾いた出射光軸を符号Ａｌ´で示している。

レーザ出射部４１では、上述したように構成されていることから、回転軸Ｒａに対して回転体１２の回転姿勢がブレていない場合（以下、元の状態とする）、図６に示すように、出射光軸Ａｌが内筒部１９の上壁部分３３（図１参照）により規定される基準平面Ｂｐと平行なものとなる。このとき、ＬＤ５０から出射されたレーザ光は、出射光軸Ａｌ上で光軸上反射部５２の第１反射面５６へと向かう。これを光路Ｐ１とする。

この後、レーザ光は、その第１反射面５６により反射されて環状ミラー３５の環状反射面３６へと向かう。これを光路Ｐ２とし、この光路Ｐ２と出射光軸Ａｌとが為す角度をβ（俯角側であるので−β）とする。

この後、レーザ光は、環状反射面３６により反射されて光軸上反射部５２の第２反射面５７へと向かう。これを光路Ｐ３とする。この元の状態では、基準平面Ｂｐと出射光軸Ａｌとが平行であることから、出射光軸Ａｌと環状反射面３６とも平行となっているので、光路Ｐ３と環状反射面３６すなわち基準平面Ｂｐとが為す角度はβとなる。

この後、レーザ光は、第２反射面５７により反射されて出射光軸Ａｌ上に戻り、出射光軸Ａｌ上でビームエキスパンダ光学系５３（図２および図３参照）へと向かう。これを光路Ｐ４とする。以下では、これらの光路Ｐ１〜Ｐ４を元の光路（回転体１２の回転姿勢が回転軸Ｒａに一致している状態における光路）という。

次に、回転体１２の回転姿勢が、図７に示すように、元の状態におけるレーザ光の出射方向に対して上向き側に、回転軸Ｒａに対して角度θで傾斜したものとする。回転体１２の回転姿勢が回転軸Ｒａに対してブレた場合、内筒部１９の上壁部分３３により規定される基準平面Ｂｐには特に変化が生じることはないが、回転体１２に収容されたレーザ出射部４１では、出射光軸Ａｌが基準平面Ｂｐに対して角度θだけ傾斜してしまう。以下では、この傾斜状態における実際の各光路をＰ１´〜Ｐ４´とし、元の光路をそのまま角度θだけ傾斜させて示した各仮想光路をＰ１´´〜Ｐ４´´として示す。実際の光路Ｐ１´は、元の光路Ｐ１に対して角度θだけ傾斜し、第１反射面５６により反射された後の実際の光路Ｐ２´も元の光路Ｐ２に対して角度θだけ傾斜してしまう。なお、仮想光路Ｐ１´´、Ｐ２´´は、実際の光路Ｐ１´、Ｐ２´に対して傾斜していない。

ここで、環状反射面３６は、元の状態と同様に基準平面Ｂｐに平行であり、傾斜した出射光軸Ａｌ´とは角度θを為している。このため、環状反射面３６により反射された後の実際の光路Ｐ３´は、元の光路Ｐ３に対して角度θだけ傾斜し、仮想光路Ｐ３´´に対しては角度２θだけ傾斜する。

ここで、図７（ｂ）には、角度θだけ傾斜したレーザ出射部４１の光軸上反射部５２の第２反射面５７の同一箇所に、仮想光路Ｐ３´´および実際の光路Ｐ３´を通った光束が向かうものと仮定した状態を示す。この仮想光路Ｐ３´´は、元の光路をそのまま角度θだけ傾斜させたものであるから、第２反射面５７での反射後の仮想光路Ｐ４´´に対して角度βを為しており、この仮想光路Ｐ４´´は角度θだけ傾斜した出射光軸Ａｌ´に一致する。これに対して、仮想光路Ｐ３´´と第２反射面５７の同一箇所に至る実際の光路Ｐ３´は、仮想光路Ｐ３´´に対して角度２θだけ傾斜していることから、反射後の実際の光路Ｐ４´も仮想光路Ｐ４´´に対して角度２θだけ傾斜することとなる。ここで、実際の光路Ｐ４´および仮想光路Ｐ４´´の角度関係は、第２反射面５７における反射箇所に拘らず一定であることから、実際の光路Ｐ４´は、出射光軸Ａｌ´に対して角度２θの仰角となるように傾斜することとなる。

このため、回転体１２の回転姿勢がレーザ光の出射方向を上向き側に変位させるように回転軸Ｒａに対して角度θで傾斜した場合、レーザ出射部４１では、ＬＤ５０から出射されたレーザ光が、出射光軸Ａｌ´に対して仰角側に角度２θだけ傾斜した進行方向でビームエキスパンダ光学系５３（図２および図３参照）へと入射することとなる。

ここで、レーザ出射部４１では、そのビームエキスパンダ光学系５３が角倍率１／２に設定され、上述したように光軸に対して角度２αの方向でレンズ５３ａに入射してきた光束が、光軸に対して角度−αの方向でレンズ５３ｂから出射される（図４参照）。このため、出射光軸Ａｌ´に対して仰角側に角度２θだけ傾斜した進行方向のレーザ光がビームエキスパンダ光学系５３に入射すると、当該ビームエキスパンダ光学系５３（図２および図３参照）から出射光軸Ａｌ´に対して俯角側に角度θだけ傾斜した進行方向（すなわち角度−θ）で出射されることとなる。この出射光軸Ａｌ´は、基準平面Ｂｐに対して仰角側に角度θだけ傾斜されていることから、ビームエキスパンダ光学系５３（図２および図３参照）から出射されるレーザ光は、基準平面Ｂｐと平行なものとされていることとなる。

また、図８に示すように、回転体１２の回転姿勢が、レーザ光の出射方向に対して俯角側に、回転軸Ｒａに対して角度θ（すなわち角度−θ）で傾斜したものとする。この場合であっても、元の光路に対して傾斜する方向が上下（回転軸Ｒａ方向）に逆転するだけであり、実際の光路Ｐ１´は、元の光路Ｐ１に対して角度θだけ傾斜し、実際の光路Ｐ２´は、元の光路Ｐ２に対して角度θだけ傾斜し、実際の光路Ｐ３´は、元の光路Ｐ３に対して角度θだけ傾斜し、仮想光路Ｐ３´´に対しては角度２θだけ傾斜する。また、実際の光路Ｐ４´は、仮想光路Ｐ４´´に対して角度２θだけ傾斜することとなり、出射光軸Ａｌ´に対して角度２θの俯角となるように傾斜することとなる。

このため、回転体１２の回転姿勢がレーザ光の出射方向に対して下向き側に回転軸Ｒａに対して角度θで傾斜した場合、レーザ出射部４１では、ＬＤ５０から出射されたレーザ光が、出射光軸Ａｌ´に対して俯角側に角度２θだけ傾斜した進行方向でビームエキスパンダ光学系５３（図２および図３参照）へと入射することとなり、当該ビームエキスパンダ光学系５３から出射光軸Ａｌ´に対して仰角側に角度θだけ傾斜した進行方向で出射されることとなる。この出射光軸Ａｌ´は、基準平面Ｂｐに対して俯角側に角度θだけ傾斜されていることから、ビームエキスパンダ光学系５３（図２および図３参照）から出射されるレーザ光は、基準平面Ｂｐと平行なものとされていることとなる。

よって、本発明に係る回転レーザ出射装置１０では、図９に示すように、回転体１２の回転姿勢に回転軸Ｒａに対して角度θで傾斜した場合であっても、ビームエキスパンダ光学系５３を経て出射されるレーザ光すなわち測定用レーザ光線Ｌｍが、常に基準平面Ｂｐと平行なものとされている。このことから、回転レーザ出射装置１０では、出射光軸Ａｌ上に配置された、コリメータレンズ５１、光軸上反射部５２、ビームエキスパンダ光学系５３およびビーム成形光学系５４が、レーザ光源であるＬＤ５０から出射されたレーザ光を基準平面Ｂｐに平行な出射光軸Ａｌ上で出射させる出射光学系として機能する。また、光軸上反射部５２が反射光学部として機能し、平行光学部材としてのコリメータレンズ５１とビームエキスパンダ光学系５３とが打消光学部として機能する。

ここで、回転軸Ｒａに対する回転体１２の回転姿勢のブレは、回転体１２の基部４０を内筒部１９がベアリング部材４３を介して回転可能に支持する構成における遊びや各部剤の撓み変形等に起因するものであることから、回転軸Ｒａに対する回転体１２の回転姿勢の傾斜角度（θ）は極めて小さなものとなる。このため、その傾斜（θ）に起因して、ビームエキスパンダ光学系５３へと入射する際のレーザ光の進行方向の出射光軸Ａｌ´に対する傾斜角度２θは極めて小さなものとなるので、ビームエキスパンダ光学系５３における入射角度と出射角度との関係は、第２反射面５７により反射されてビームエキスパンダ光学系５３に入射する総てのレーザ光に適合されることとなる。

本発明に係る回転レーザ出射装置１０では、以下の（１）〜（１１）の効果を得ることができる。
（１）回転体１２の回転姿勢に回転軸Ｒａに対するブレが生じたか否かに拘らず、基準平面Ｂｐと平行なレーザ光（測定用レーザ光線Ｌｍ）を回転軸Ｒａ回りに３６０度切れ目なく出射することができ、軸ブレに起因する測定精度の低下を完全に防止することができる。換言すると、出射されるレーザ光（測定用レーザ光線Ｌｍ）の進行方向は、基準平面Ｂｐにより設定することができることとなる。このため、回転レーザ出射装置１０では、既知点に設置する際、一対のチルトセンサ３２により傾きが検出されない状態となるようにレベル調整機構２２を調整すると、内筒部１９の上壁部分３３が規定する基準平面Ｂｐが水平面と平行となるので、回転軸Ｒａ回りに３６０度切れ目なく出射するレーザ光（測定用レーザ光線Ｌｍ）を常に水平面と平行なものとすることができ、正確な測量を行うことができる。
（２）レーザ出射部４１において、ビームエキスパンダ光学系５３を経た後のレーザ光をビーム成形光学系５４で３分割して成形することから、回転体１２の回転姿勢に回転軸Ｒａに対するブレが生じたか否かに拘らず、常に基準平面に平行な進行方向の３つのレーザ光（測定用レーザ光線Ｌｍ）を出射させることができる。
（３）光軸上反射部５２と、基準平面Ｂｐと平行とされた環状反射面３６と、ビームエキスパンダ光学系５３と、の協働により、出射するレーザ光の進行方向を光学的に基準平面Ｂｐと平行なものとするものであることから、簡易な構成であるので、ＬＤ５０から出射されたレーザ光を高い効率で利用することができる。このため、回転照射する測定用レーザ光線Ｌｍの出力を高めることができるので、従来と同様の受光性能の受光器を用いた場合、測定可能な領域を広くすることができる。また、逆に従来よりも低い受光性能の受光器であっても従来と同様の領域を測定可能なものとすることができるので、使用する受光器の有効径を小さくすることができ、当該受光器の小型化が可能となる。
（４）レーザ出射部４１が、回転軸Ｒａ回りに回転される回転体１２に収容されていることから、測定用レーザ光線Ｌｍにおける回転照射方向（回転体１２の回転方向で見た角度位置）による測定精度（高低角測定の精度）のバラツキを抑制することができる。これは以下のことによる。従来のように、基台上に設けられたレーザ出射部が、回転軸上に積み重ねられた複数のペンタプリズムと、そのペンタプリズムへ向けて回転軸に沿うレーザ光を出射可能なレーザ光源と、により構成され、各ペンタプリズムのみが回転されるものであると、レーザ光源から出射されたレーザ光における光量ムラの影響が回転照射方向により異なるものとなってしまう。このため、回転照射方向による測定精度（高低角測定の精度）のバラツキが生じる虞がある。これに対し、本願発明の回転レーザ出射装置１０では、レーザ光源であるＬＤ５０を含むレーザ出射部４１が回転軸Ｒａ回りに回転されるので、光量ムラの影響を回転照射方向に拘らず一定のものとすることができることによる。すなわち、回転レーザ出射装置１０では、レーザ光源から出射されたレーザ光が、その光軸方向に直交する断面で見た形状（ビームのプロファイル）が円形状ではない場合や、当該断面で見て光軸からの方向により光軸方向を基準とする広がり角度が異なる場合のように、出射されるレーザ光において当該断面で見て強度の偏りがあっても、レーザ出射部４１が回転軸Ｒａ回りに回転されることから、出射されるレーザ光における強度の偏りに起因して測定用レーザ光線Ｌｍにおける回転照射方向に対するバラツキが生じることを防止することができる。
（５）レーザ出射部４１では、ＬＤ５０から出射されたレーザ光がコリメータレンズ５１で平行光束とされてから光軸上反射部５２に至るので、ＬＤ５０から出射されたレーザ光を余すことなく回転体の回転姿勢に拘らず確実に基準平面に平行な測定用レーザ光線Ｌｍとして利用することができる。加えて、レーザ出射部４１と環状反射面３６との間隔が変化してしまった場合であっても、レーザ出射部４１の光路において設定された焦点距離に影響を与えることを防止することができる。
（６）第１反射面５６および第２反射面５７を形成する光軸上反射部５２が、断面二等辺三角形の柱状部材により構成されていることから、簡易な構成とすることができる。
（７）基準反射部が、環状ミラー３５の環状反射面３６により形成されていることから、簡易な構成としつつ回転体１２の回転軸Ｒａ回りの回転位置に拘らず光軸上反射部５２と協働して光路Ｐ２および光路Ｐ３を形成することができる。
（８）レーザ出射部４１において、ビームエキスパンダ光学系５３を経た後のレーザ光を３分割して成形するビーム成形光学系５４が、３つのプリズムブロック５８ａ、５８ｂ、５８ｃが基準平面Ｂｐと平行に並列されて構成されていることから、回転軸Ｒａ方向で見た回転体１２の大きさ寸法を小さくしつつ常に基準平面に平行な進行方向の３つのレーザ光（測定用レーザ光線Ｌｍ）を出射させることができる。また、回転軸Ｒａ方向で見た回転体１２の大きさ寸法を小さくできることから、回転軸Ｒａに対する回転体１２の回転姿勢にブレが生じることを抑制することができる。
（９）収容部４２では、基部４０が内筒部１９に回転可能に支持されている状態において、貫通孔４２ｃに内筒部１９の支持軸部分３４が挿通され、この支持軸部分３４の上端（設置部３７）が上壁部４２ａから突出されているので、収容部４２が基部４０とともに内筒部１９に対して回転されても、支持軸部分３４の上端に設けられた設置部３７は、収容部４２すなわち回転体１２とともに回転されることはなく、安定して他の測定装置（この例では無線ユニット３８）を収容部４２すなわちそこに収容されたレーザ出射部４１の上方で支持することができる。
（１０）レーザ出射部４１では、ＬＤ５０から出射されたレーザ光がコリメータレンズ５１で平行光束とされてから基準反射面としての環状反射面３６に至るので、回転体１２の回転姿勢に回転軸Ｒａに対するブレが生じた際、出射するレーザ光（測定用レーザ光線Ｌｍ）をより適切に基準平面Ｂｐと平行なものとすることができる。
（１１）レーザ出射部４１のビーム成形光学系５４では、照射光線Ｓａの進行方向Ｃｒａと、照射光線Ｓｂの進行方向Ｃｒｂと、照射光線Ｓｃの進行方向Ｃｒｃと、が、回転軸Ｒａ上の同一個所で交差するように設定されていることから、既知点に設置された回転レーザ出射装置１０から回転出射される測定用レーザ光線Ｌｍの照射光線Ｓａ、照射光線Ｓｂおよび照射光線Ｓｃを、同一の点光源（回転軸Ｒａ）から出射されたものとして扱うことができるので、測定用レーザ光線Ｌｍを受光した受光器６５から出力される受光信号の時間間隔等から測量箇所を正確に測量するための計算を容易でより正確なものとすることができる。

したがって、本発明に係る回転レーザ出射装置１０では、回転軸Ｒａを取り囲む環状の回転体１２に設けられたレーザ出射部４１から出射されるレーザ光の出射方向が回転軸Ｒａに対してブレることを防止することができる。

次に、実施例２の回転レーザ出射装置１０２について説明する。実施例２の回転レーザ出射装置１０２は、レーザ出射部４１２の構成が実施例１とは異なる例である。この回転レーザ出射装置１０２は、その基本的な構成は実施例１の回転レーザ出射装置１０と同様であるので、同一機能部分には実施例１と同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

ここで、図１０は、実施例２の回転レーザ出射装置１０２のレーザ出射部４１２の構成を模式的に示す図２と同様の説明図である。また、図１１は、レーザ出射部４１２において出射光軸Ａｌが角度θだけ傾いた状態を示す図９と同様の説明図である。なお、図１１では、理解容易のために、レーザ出射部４１２の出射光軸ＡｌとＬＤ５０２の出射方向（光軸）との交点を回転中心とするように角度θだけ傾いたものとしている。

このレーザ出射部４１２は、図１０に示すように、ＬＤ５０２から出射されたレーザ光が環状反射面３６に至るまでの光路が、実施例１のレーザ出射部４１（回転レーザ出射装置１０）とは異なるものとされている。詳細には、レーザ出射部４１２では、ＬＤ５０２が、出射光軸Ａｌ上ではなく、出射方向（主光線の進行方向）上に環状反射面３６が位置するように（基準平面Ｂｐに対して傾斜されて）配置されており、その出射方向上であってＬＤ５０２と環状反射面３６との間にコリメータレンズ５１２が配置されている。このため、レーザ出射部４１２では、光軸上反射部５２２が第２反射面５７２のみを形成するものとされている。

このレーザ出射部４１２では、ＬＤ５０２から出射されたレーザ光がコリメータレンズ５１２を経て平行光束とされ、この平行光束とされたレーザ光が環状反射面３６へと向かい、その環状反射面３６により反射されて光軸上反射部５２２の第２反射面５７２へと向かい、その第２反射面５７２により反射されて出射光軸Ａｌ上でビームエキスパンダ光学系５３へと向かう。すなわち、レーザ出射部４１２では、実施例１のレーザ出射部４１において、ＬＤ５０から出射されコリメータレンズ５１を経て平行光束とされたレーザ光を第１反射面５６で反射させて環状反射面３６へと至る光路（図６の光路Ｐ１およびＰ２参照）において、第１反射面５６により反射されて環状反射面３６へと向かう個所（図６の光路Ｐ２参照）上にＬＤ５０２およびコリメータレンズ５１２を設けたものである。

このため、図１１に示すように、回転レーザ出射装置１０２では、実施例１の回転レーザ出射装置１０と同様に、回転体１２の回転姿勢が回転軸Ｒａに対して角度θで傾斜した場合であっても、ビームエキスパンダ光学系５３を経て出射されるレーザ光すなわち測定用レーザ光線Ｌｍが、常に基準平面Ｂｐと平行なものとされる。なお、この図１１では、レーザ光が実際に進行する方向を実線で示し、元の光路をそのまま角度θだけ傾斜させて示した各仮想光路を二点鎖線で示している。

実施例２の回転レーザ出射装置１０２では、基本的に実施例１の回転レーザ出射装置１０と同様の効果を得ることができる。これに加えて、回転レーザ出射装置１０２では、レーザ出射部４１２において、第２反射面５７２のみを形成する光軸上反射部５２２を用いることができることから、レーザ出射部４１２をより小さなものとすることができる。さらに加えて、回転レーザ出射装置１０２では、レーザ出射部４１２において、ＬＤ５０２およびコリメータレンズ５１２を、実施例１のレーザ出射部４１における光路Ｐ２（図６参照）上に配置するものであることから、回転軸Ｒａに直交する方向で見たレーザ出射部４１２の大きさ寸法を小さくすることができるので、回転体１２の回転姿勢が回転軸Ｒａに対して傾斜すること（ブレが生じること）をより抑制することができる。

次に、実施例３の回転レーザ出射装置１０３について説明する。実施例３の回転レーザ出射装置１０３は、実施例１のレーザ出射部４１が環状反射面３６で１回反射させる構成とされていたのに対し、環状反射面３６で複数回反射させる一例としてレーザ出射部４１３（反射光学部）が２回反射させる構成をされたものである。この回転レーザ出射装置１０３は、その基本的な構成は実施例１の回転レーザ出射装置１０と同様であるので、同一機能部分には実施例１と同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

ここで、図１２は、実施例３の回転レーザ出射装置１０３のレーザ出射部４１３の構成を模式的に示す図２と同様の説明図である。また、図１３は、レーザ出射部４１３の作用を説明するために模式的に示す説明図であって、（ａ）は出射光軸Ａｌが角度θだけ傾いた状態を示し、（ｂ）は作用の理解容易のために仮想光路Ｐ３´´および実際の光路Ｐ３´を通った光束が同一箇所に向かうものと仮定した状態を示している。さらに、図１４は、レーザ出射部４１３において出射光軸Ａｌが角度θだけ傾いた状態を示す図９と同様の説明図である。なお、図１３では、理解容易のために出射光軸Ａｌの傾斜角度、光軸上反射部５２３の大きさ寸法等を強調して示しており、実際のレーザ出射部４１３に合致するものではない。また、図１３では、理解容易のためにＬＤ５０から出射された出射光軸Ａｌ上のレーザ光が進行する様子を、その中心位置で見た各光路Ｐで示している。さらに、図１３では、角度θ（−θ）だけ傾いた出射光軸を符号Ａｌ´で示している。ついで、図１４では、理解容易のために、図１１と同様に、レーザ出射部４１３の出射光軸Ａｌと光軸上反射部５２３の第１反射面５６３との交点を回転中心とするように角度θだけ傾いたものとしている。

このレーザ出射部４１３は、図１２に示すように、実施例１のレーザ出射部４１とは光軸上反射部５２３が異なるものとされており、それに伴ってビームエキスパンダ光学系５３３も異なるものとされている。

光軸上反射部５２３は、ＬＤ５０に臨む第１反射面５６３と、ビームエキスパンダ光学系５３３に臨む第２反射面５７３と、環状反射面３６に臨む第３反射面７０とを有する。第１反射面５６３は、実施例１のレーザ出射部４１の第１反射面５６と同様に、ＬＤ５０から出射されてコリメータレンズ５１を経て平行光束とされたレーザ光（光路Ｐ１とする）を収容部４２の反射用貫通孔４８（図１参照）を通過させつつ内筒部１９の基準平面Ｂｐに設けられた環状ミラー３５の環状反射面３６へ向けて反射する（光路Ｐ２とする）。第２反射面５７３は、実施例１のレーザ出射部４１の第２反射面５７と同様に、環状ミラー３５の環状反射面３６により反射され収容部４２の反射用貫通孔４８（図１参照）を通過したレーザ光（光路Ｐ３とする）を、出射光軸Ａｌ上でビームエキスパンダ光学系５３３へと向かうように、当該ビームエキスパンダ光学系５３３へ向けて反射する（光路Ｐ４とする）。

第３反射面７０は、基本設定時の出射光軸Ａｌと内筒部１９の基準平面Ｂｐとが平行とされている状態において、環状反射面３６すなわち基準平面Ｂｐに平行とされている。この第３反射面７０は、第１反射面５６３により反射された後に環状ミラー３５の環状反射面３６により反射され収容部４２の反射用貫通孔４８（図１参照）を通過したレーザ光（光路Ｐ５とする）を、再び収容部４２の反射用貫通孔４８（図１参照）を通過させつつ環状反射面３６へ向けて反射する（光路Ｐ６とする）。この第３反射面７０により反射された後に環状ミラー３５の環状反射面３６により反射され収容部４２の反射用貫通孔４８（図１参照）を通過したレーザ光（光路Ｐ３）が、第２反射面５７３により反射される（光路Ｐ４）。以下では、上記した各光路Ｐ１〜Ｐ６を元の光路（回転体１２の回転姿勢が回転軸Ｒａに一致している状態における光路）という。

次に、回転体１２の回転姿勢が、元の状態におけるレーザ光の出射方向に対して上向き側に、回転軸Ｒａに対して角度θで傾斜したものとする（図１３および図１４参照）。回転体１２の回転姿勢が回転軸Ｒａに対してブレた場合、内筒部１９の上壁部分３３により規定される基準平面Ｂｐには特に変化が生じることはないが、回転体１２に収容されたレーザ出射部４１３では、出射光軸Ａｌが基準平面Ｂｐに対して角度θだけ傾斜してしまう。以下では、図１３に示すように、この傾斜状態における実際の各光路をＰ１´〜Ｐ６´とし、元の光路をそのまま角度θだけ傾斜させて示した各仮想光路をＰ１´´〜Ｐ６´´として示す。実際の光路Ｐ１´は、元の光路Ｐ１に対して角度θだけ傾斜し、第１反射面５６３により反射された後の実際の光路Ｐ２´も元の光路Ｐ２に対して角度θだけ傾斜してしまう。この実際の光路Ｐ１´および光路Ｐ２´は、仮想光路Ｐ１´´および仮想光路Ｐ２´´と重なっている（互いに傾斜していない）。

ここで、環状反射面３６は、元の状態と同様に基準平面Ｂｐに平行であり、傾斜した出射光軸Ａｌ´とは角度θを為している。このため、環状反射面３６により反射された後の実際の光路Ｐ５´は、元の光路Ｐ５に対して角度θだけ傾斜し、仮想光路Ｐ５´´に対しては角度２θだけ傾斜する。また、光軸上反射部５２３の第３反射面７０は、出射光軸Ａｌ´と平行であるが、環状反射面３６とは角度θを為している。このため、第３反射面７０により反射された後の実際の光路Ｐ６´は、元の光路Ｐ６に対して角度３θだけ傾斜し、仮想光路Ｐ６´´に対しては角度２θだけ傾斜する。その後に、環状反射面３６により反射された後の実際の光路Ｐ３´は、元の光路Ｐ３に対して角度３θだけ傾斜し、仮想光路Ｐ３´´に対しては角度４θだけ傾斜する。

ここで、図１３（ｂ）には、角度θだけ傾斜したレーザ出射部４１３の光軸上反射部５２３の第２反射面５７３の同一箇所に、仮想光路Ｐ３´´および実際の光路Ｐ３´を通った光束が向かうものと仮定した状態を示す。この仮想光路Ｐ３´´は、元の光路Ｐ３をそのまま角度θだけ傾斜させたものであるから、仮想光路Ｐ３´´が第２反射面５７３により反射された後の仮想光路Ｐ４´´は、元の出射光軸Ａｌから角度θだけ傾斜した出射光軸Ａｌ´に一致する。

これに対して、仮想光路Ｐ３´´と第２反射面５７３の同一箇所に至る実際の光路Ｐ３´は、仮想光路Ｐ３´´に対して角度４θだけ傾斜していることから、反射後の実際の光路Ｐ４´も仮想光路Ｐ４´´に対して角度４θだけ傾斜する。ここで、実際の光路Ｐ４´および仮想光路Ｐ４´´の角度関係は、第２反射面５７３における反射箇所に拘らず一定であることから、実際の光路Ｐ４´は、出射光軸Ａｌ´に対して角度４θの仰角となるように傾斜する。

このため、回転体１２の回転姿勢がレーザ光の出射方向を上向き側に変位させるように回転軸Ｒａに対して角度θで傾斜した場合、レーザ出射部４１３では、ＬＤ５０から出射されたレーザ光が、出射光軸Ａｌ´に対して仰角側に角度４θだけ傾斜した進行方向でビームエキスパンダ光学系５３３（図１２および図１４参照）へと入射する。

これに伴って、レーザ出射部４１３では、ビームエキスパンダ光学系５３３が、レンズ５３３ａの（レンズ５３３ｂ側の）焦点距離ｆ３ａとレンズ５３３ｂの（レンズ５３３ａの側）焦点距離ｆ３ｂとの比が１：４とされており、角倍率が１／４に設定されている。このため、ビームエキスパンダ光学系５３３では、光軸に対して角度４αの方向でレンズ５３３ａに入射してきた光束が、光軸に対して角度−αの方向でレンズ５３３ｂから出射される。

このことから、レーザ出射部４１３では、図１３に示すように、出射光軸Ａｌ´が出射光軸Ａｌに対して仰角側に角度θだけ傾斜すると、出射光軸Ａｌ´に対して仰角側に角度４θだけ傾斜してビームエキスパンダ光学系５３３へと入射し、当該ビームエキスパンダ光学系５３３から出射光軸Ａｌ´に対して俯角側に角度θだけ傾斜した進行方向（すなわち角度−θ）で出射される。この出射光軸Ａｌ´は、基準平面Ｂｐに対して仰角側に角度θだけ傾斜されていることから、ビームエキスパンダ光学系５３３（図２および図３参照）から出射されるレーザ光は、基準平面Ｂｐと平行なものとされていることとなる。このことは、実施例１のレーザ出射部４１と同様に、回転体１２の回転姿勢が、レーザ光の出射方向に対して俯角側に、回転軸Ｒａに対して角度θ（すなわち角度−θ）で傾斜した場合であっても同様である。

よって、本発明に係る回転レーザ出射装置１０では、回転体１２の回転姿勢に回転軸Ｒａに対して角度θで傾斜した場合であっても、ビームエキスパンダ光学系５３３を経て出射されるレーザ光すなわち測定用レーザ光線Ｌｍが、常に基準平面Ｂｐと平行なものとなる。

実施例３の回転レーザ出射装置１０３では、基本的に実施例１の回転レーザ出射装置１０と同様の効果を得ることができる。

なお、この実施例３のレーザ出射部４１３では、環状反射面３６で２回反射させる構成とされていたが、回転体１２の回転姿勢が回転軸Ｒａに対してブレた場合であっても、その影響を受けることのない基準平面Ｂｐ上に配置された環状反射面３６で複数回反射させるものであればよく、実施例３に限定されるものではない。このとき、環状反射面３６でｋ回反射させると、出射光軸Ａｌ´が出射光軸Ａｌに対して角度θだけ傾斜された際、ビームエキスパンダ光学系へと入射する光束が出射光軸Ａｌ´に対して角度２ｋθだけ傾斜することとなるので、当該ビームエキスパンダ光学系の角倍率を１／２ｋに設定すればよい。

次に、実施例４の回転レーザ出射装置１０４について説明する。実施例４の回転レーザ出射装置１０４は、レーザ出射部４１４が実施例１のレーザ出射部４１とは異なる構成とされたものである。この回転レーザ出射装置１０４は、その基本的な構成は実施例１の回転レーザ出射装置１０と同様であるので、同一機能部分には実施例１と同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

ここで、図１５は、実施例４の回転レーザ出射装置１０４のレーザ出射部４１４の構成を模式的に示す図２と同様の説明図である。また、図１６は、レーザ出射部４１４の作用の基本的な概念を説明するためにＬＤ５０からコリメータレンズ５１４に至る光路を模式的に示す説明図である。さらに、図１７は、レーザ出射部４１４において出射光軸Ａｌが角度θだけ傾いた状態を示す図９と同様の説明図である。なお、図１７では、理解容易のために、図１１と同様に、レーザ出射部４１４の出射光軸Ａｌと光軸上反射部５２の第１反射面５６との交点を回転中心とするように角度θだけ傾いたものとしている。

このレーザ出射部４１４は、図１５に示すように、実施例１のレーザ出射部４１とはコリメータレンズ５１４の配設位置が異なるものとされており、それに伴ってビームエキスパンダ光学系５３４も異なるものとされている。

レーザ出射部４１４では、コリメータレンズ５１４が、出射光軸Ａｌ上において、光軸上反射部５２とビームエキスパンダ光学系５３４との間に設けられている。このコリメータレンズ５１４は、レーザ出射部４１４における光路で見て、ＬＤ５０（その出射位置）が焦点位置となる焦点距離ｆ０（図１６参照）を有するレンズが用いられている。このため、レーザ出射部４１４では、ＬＤ５０から出射されたレーザ光（光路Ｐ１とする）が光軸上反射部５２の第１反射面５６により反射されて環状ミラー３５の環状反射面３６へ向かい（光路Ｐ２とする）、その環状反射面３６で反射されて光軸上反射部５２の第２反射面５７へ向かい（光路Ｐ３とする）、その第２反射面５７で反射されて出射光軸Ａｌ上を通ってコリメータレンズ５１４に至る（光路Ｐ４とする）こととなり、このコリメータレンズ５１４を経ることにより平行光束とされる。この実施例４のレーザ出射部４１４では、光路Ｐ１と光路Ｐ４とが等しい長さ寸法ａとされており、光路Ｐ２と光路Ｐ３とが等しい長さ寸法ｂとされている。このため、レーザ出射部４１４では、ＬＤ５０からコリメータレンズ５１４に至るまでの光路における環状反射面３６による反射の地点が、当該光路に沿う方向で見た中間の位置（図１６に当て嵌めるとｍ＝ｎ）、すなわち当該光路上においてコリメータレンズ５１４から焦点距離ｆ０の半分の位置とされている。

ここで、レーザ出射部４１４では、ＬＤ５０から出射されたレーザ光のうち出射光軸Ａｌ上を通った光束の進行方向で見ると、回転体１２の回転姿勢が回転軸Ｒａに対して角度θで傾斜した際（その傾斜した出射光軸をＡｌ´とする）（図１７参照）、ＬＤ５０からコリメータレンズ５１４に至るまでの光路では、実施例１のレーザ出射部４１と同様の作用が生じる。詳細には、実施例１における定義と同様に、傾斜状態における実際の各光路をＰ１´〜Ｐ４´とし、元の光路をそのまま角度θだけ傾斜させて示した各仮想光路をＰ１´´〜Ｐ４´´とすると（図７、図８参照）、実際の光路Ｐ１´およびＰ２´と仮想光路Ｐ１´´およびＰ２´´との間では傾きの差異は生じないが、環状反射面３６により反射された後の実際の光路Ｐ３´と仮想光路Ｐ３´´との間では２θの傾きの差異が生じ、実際の光路Ｐ４´と仮想光路Ｐ４´´との間でもその２θの傾きの差異が維持される。このことから、レーザ出射部４１４では、その光路において、回転体１２の回転姿勢が回転軸Ｒａに対して角度θで傾斜すると、環状反射面３６による反射の地点から出射光軸Ａｌに対して角度２θで傾斜されたレーザ光が、コリメータレンズ５１４へと入射することとなる。これを模式的に示したのが、図１６である。

すなわち、図１６では、ＬＤ５０からコリメータレンズ５１４に至るまでの光路を、出射光軸Ａｌに沿う直線状で示し、この直線状の出射光軸Ａｌ上において、ＬＤ５０とコリメータレンズ５１４とが当該コリメータレンズ５１４の焦点距離ｆ０の間隔を置いて配置されている。この図１６では、出射光軸Ａｌ´に対するＬＤ５０およびコリメータレンズ５１４の関係性が一定であることから、回転体１２の回転姿勢が回転軸Ｒａに対して角度θで傾斜しても、傾斜前の出射光軸Ａｌに対して傾斜後の出射光軸Ａｌ´が傾斜することはなく（ＡｌとＡｌ´とが等しい直線で示される）、傾斜に応じて光束の進行方向が点ｓを基点として出射光軸Ａｌ´（Ａｌ）に対して傾斜する。

このＬＤ５０から出射された発散傾向のレーザ光は、コリメータレンズ５１４を経ることにより平行光束とされる。図１６では、そのコリメータレンズ５１４の中心位置を符号ｑで示し、ＬＤ５０における出射位置を符号ｒで示している。また、ＬＤ５０からコリメータレンズ５１４に至るまでの光路における環状反射面３６による反射の地点を符号ｓで示しており、回転体１２の回転姿勢が回転軸Ｒａに対して角度θで傾斜した際、環状反射面３６による反射の地点（点ｓ）から出射光軸Ａｌ´（線分ｑ−ｒ）に対して角度２θで傾斜された光束ｌ１が、コリメータレンズ５１４へと入射する様子を線分ｓ−ｕで示す。ここで、出射光軸Ａｌ上で見て、コリメータレンズ５１４から環状反射面３６による反射の地点まで（線分ｑ−ｓ）の長さ寸法をｍとし、環状反射面３６による反射の地点からＬＤ５０まで（線分ｓ−ｒ）の長さ寸法をｎとする。なお、コリメータレンズ５１４の焦点面（焦平面（光軸に直交し焦点位置を含む面））を符号Ｆｐで示している。

この光束ｌ１がコリメータレンズ５１４を透過した後に進行する方向は、線分ｓ−ｕを延長し、その延長線と焦点面Ｆｐとの交点ｔからコリメータレンズ５１４の中心ｑへと向かう方向（線分ｔ−ｑと平行な方向）となる。このため、コリメータレンズ５１４を経た平行光束は、コリメータレンズ５１４の中心ｑを通る線分ｑ−ｔの出射光軸Ａｌ´（線分ｑ−ｒ）に対する角度ｘでビームエキスパンダ光学系５３４（図１５および図１７参照）へ向かう。

ここで、コリメータレンズ５１４の中心ｑを通りレーザ光ｌ１と平行な直線と焦点面Ｆｐとの交点ｖとすると、線分ｑ−ｖは出射光軸Ａｌ´（線分ｑ−ｒ）に対して角度２θで傾斜している。また、上記したように、本願発明のレーザ出射部４１４においては、出射光軸Ａｌに対する傾斜角度θが極めて小さな値であることから、ｔａｎθ＝θ（２θであっても同様である。）とみなすことができる。このため、線分ｑ−ｒを底辺とする三角形ｑｒｖと三角形ｑｒｔとで見ると、三角形ｑｒｖにおける頂点ｑの角度２θと三角形ｑｒｔにおける頂点ｑの角度ｘとの比が、線分ｒ−ｖと線分ｒ−ｔとの長さの比と等しくなる。このことから、線分ｒ−ｖにより一辺が規定される三角形ｑｒｖと、それと相似関係であり線分ｒ−ｔにより一辺が規定される三角形ｓｒｔとで見て、（線分ｑ−ｒ）：（線分ｒ−ｖ）＝（線分ｓ−ｒ）：（線分ｒ−ｔ）となり、（ｍ＋ｎ）：（２θ）＝（ｎ）：（ｘ）となるので、ｘ＝[２ｎ／（ｍ＋ｎ）]θとなる。

よって、上記した構成のレーザ出射部４１４では、角度ｘすなわちコリメータレンズ５１４を経た平行光束の出射光軸Ａｌ´（線分ｑ−ｒ）に対する進行方向が、光路で見て、コリメータレンズ５１４の焦点距離ｆ０の間隔を置いて配設された当該コリメータレンズ５１４とＬＤ５０との間における点ｓの位置すなわち環状反射面３６による反射の地点により、決定されることとなる。なお、このことは、コリメータレンズ５１４とＬＤ５０との間の光路上で見た環状反射面３６による反射の地点の前後比が、傾斜後（実際の各光路Ｐ１´〜Ｐ４´）であっても、傾斜前の状態（各光路Ｐ１〜Ｐ４）と等しいことを前提とするものであるが、上記したように、本願発明のレーザ出射部４１４においては入射角度が極めて小さい範囲で変動することから、反射前と反射後の光路長の長さの比の変化は極めて小さいものであり、光路における当該反射面の位置（反射前と反射後の光路長の長さの比）を元の設定値として扱うことができる。

ここで、レーザ出射部４１４では、上述したように、ＬＤ５０からコリメータレンズ５１４に至るまでの光路における環状反射面３６による反射の地点が、当該光路に沿う方向で見た中間の位置とされていることから、図１６で見るとｍ＝ｎとなるので、上式からｘ＝θとなる。すなわち、レーザ出射部４１４では、回転体１２の回転姿勢が回転軸Ｒａに対して角度θで傾斜した場合、レーザ出射部４１４では、ＬＤ５０から出射されたレーザ光が、出射光軸Ａｌ´に対して回転体１２の傾斜方向と等しい方向に角度θだけ傾斜した進行方向でビームエキスパンダ光学系５３４（図１７および図１８参照）へと入射する。

これに伴って、レーザ出射部４１４では、図１５に示すように、ビームエキスパンダ光学系５３４が、レンズ５３４ａの（レンズ５３４ｂ側の）焦点距離ｆ４ａとレンズ５３４ｂの（レンズ５３４ａ側の）焦点距離ｆ４ｂとの比が１：１とされており、角倍率が１／１（角倍率等倍）に設定されている。このため、ビームエキスパンダ光学系５３４では、光軸に対して角度αの方向でレンズ５３４ａに入射してきた光束が、光軸に対して角度−αの方向でレンズ５３４ｂから出射される。

このことから、レーザ出射部４１４では、図１７に示すように、出射光軸Ａｌ´が出射光軸Ａｌに対して仰角側に角度θだけ傾斜すると、出射光軸Ａｌ´に対して仰角側に角度θだけ傾斜してビームエキスパンダ光学系５３４へと入射し、当該ビームエキスパンダ光学系５３４から出射光軸Ａｌ´に対して俯角側に角度θだけ傾斜した進行方向（すなわち角度−θ）で出射される。この出射光軸Ａｌ´は、基準平面Ｂｐに対して仰角側に角度θだけ傾斜されていることから、ビームエキスパンダ光学系５３４から出射されるレーザ光は、基準平面Ｂｐと平行なものとされていることとなる。このことは、実施例１のレーザ出射部４１と同様に、回転体１２の回転姿勢が、レーザ光の出射方向に対して俯角側に、回転軸Ｒａに対して角度θ（すなわち角度−θ）で傾斜した場合であっても同様である。

よって、本発明に係る回転レーザ出射装置１０４では、回転体１２の回転姿勢に回転軸Ｒａに対して角度θで傾斜した場合であっても、ビームエキスパンダ光学系５３４を経て出射されるレーザ光すなわち測定用レーザ光線Ｌｍが、常に基準平面Ｂｐと平行なものとなる。

実施例４の回転レーザ出射装置１０４では、基本的に実施例１の回転レーザ出射装置１０と同様の効果を得ることができる。これに加えて、回転レーザ出射装置１０４では、ＬＤ５０からコリメータレンズ５１４に至るまでの光路における環状反射面３６による反射の地点と、ビームエキスパンダ光学系５３４における角倍率と、を互いに適合するように適宜設定することができるので、レーザ出射部４１４の設定の自由度を高めることができる。

次に、実施例５の回転レーザ出射装置１０５について説明する。実施例５の回転レーザ出射装置１０５は、レーザ出射部４１５が実施例４のレーザ出射部４１４とは異なる構成とされたものである。この回転レーザ出射装置１０５は、その基本的な構成は実施例４の回転レーザ出射装置１０４と同様であるので、同一機能部分には実施例１と同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

ここで、図１８は、実施例５の回転レーザ出射装置１０５のレーザ出射部４１５の構成を模式的に示す図２と同様の説明図である。また、図１９は、レーザ出射部４１５において出射光軸Ａｌが角度θだけ傾いた状態を示す図１１と同様の説明図である。なお、図１９では、理解容易のために、図１１と同様に、レーザ出射部４１５の出射光軸Ａｌと光軸上反射部５２の第１反射面５６との交点を回転中心とするように角度θだけ傾いたものとしている。

このレーザ出射部４１５では、図１８に示すように、実施例４のレーザ出射部４１４とはコリメータレンズ５１５の配設位置が異なるものとされており、それに伴ってビームエキスパンダ光学系５３５も異なるものとされている。

レーザ出射部４１５では、コリメータレンズ５１５からＬＤ５０までの間隔（コリメータレンズ５１５の焦点距離）が（ａ＋２ｂ＋ｃ）とされるとともに、光路Ｐ１の長さ寸法がｃに、光路Ｐ２の長さ寸法がｂに、光路Ｐ３の長さ寸法がｂに、光路Ｐ４の長さ寸法がａに、それぞれ設定されている。ここで、上記したａ、ｂ、ｃでは、２（ａ＋ｂ）＝ｂ＋ｃとされており、ＬＤ５０からコリメータレンズ５１５に至るまでの光路における環状反射面３６による反射の地点が、当該光路に沿う長さ寸法で見てＬＤ５０側から１：２とされている。

このため、レーザ出射部４１５では、図１６で見るとｍ＝２およびｎ＝１となるので、上記した式に当てはめると、ｘ＝（４／３）θとなる。すなわち、レーザ出射部４１５では、回転体１２の回転姿勢が回転軸Ｒａに対して角度θで傾斜した場合、図１９に示すように、ＬＤ５０から出射されたレーザ光が、出射光軸Ａｌ´に対して等しい方向に角度（４／３）θだけ傾斜した進行方向でビームエキスパンダ光学系５３５へと入射する。

これに伴って、レーザ出射部４１５では、図１８に示すように、レンズ５３５ａの（レンズ５３５ｂ側の）焦点距離ｆ５ａとレンズ５３５ｂの（レンズ５３５ａ側の）焦点距離ｆ５ｂとの比が３：４とされており、角倍率が３／４に設定されている。このため、ビームエキスパンダ光学系５３５では、光軸に対して角度αの方向でレンズ５３５ａに入射してきた光束が、光軸に対して角度−（３／４）αの方向でレンズ５３５ｂから出射される。

このことから、レーザ出射部４１５では、図１９に示すように、出射光軸Ａｌ´が出射光軸Ａｌに対して仰角側に角度θだけ傾斜すると、出射光軸Ａｌ´に対して仰角側に角度（４／３）θだけ傾斜してビームエキスパンダ光学系５３５へと入射し、当該ビームエキスパンダ光学系５３５から出射光軸Ａｌ´に対して俯角側に角度θだけ傾斜した進行方向（すなわち角度−θ）で出射される。この出射光軸Ａｌ´は、基準平面Ｂｐに対して仰角側に角度θだけ傾斜されていることから、ビームエキスパンダ光学系５３５から出射されるレーザ光は、基準平面Ｂｐと平行なものとされていることとなる。このことは、実施例１のレーザ出射部４１と同様に、回転体１２の回転姿勢が、レーザ光の出射方向に対して俯角側に、回転軸Ｒａに対して角度θ（すなわち角度−θ）で傾斜した場合であっても同様である。

よって、本発明に係る回転レーザ出射装置１０５では、回転体１２の回転姿勢に回転軸Ｒａに対して角度θで傾斜した場合であっても、ビームエキスパンダ光学系５３５を経て出射されるレーザ光すなわち測定用レーザ光線Ｌｍが、常に基準平面Ｂｐと平行なものとなる。

実施例５の回転レーザ出射装置１０５では、基本的に実施例１の回転レーザ出射装置１０と同様の効果を得ることができる。これに加えて、回転レーザ出射装置１０５では、ＬＤ５０からコリメータレンズ５１５に至るまでの光路における環状反射面３６による反射の地点と、ビームエキスパンダ光学系５３５における角倍率と、が互いに適合するように適宜設定することができるので、レーザ出射部４１５の設定の自由度を高めることができる。

次に、実施例６の回転レーザ出射装置１０６について説明する。実施例６の回転レーザ出射装置１０６は、レーザ出射部４１６が実施例１のレーザ出射部４１とは異なる構成とされたものである。この回転レーザ出射装置１０６は、その基本的な構成は実施例１の回転レーザ出射装置１０と同様であるので、同一機能部分には実施例１と同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。ここで、図２０は、実施例６の回転レーザ出射装置１０６のレーザ出射部４１６の構成を模式的に示す図２と同様の説明図である。

このレーザ出射部４１６は、図２０に示すように、実施例１のレーザ出射部４１とは光路上で見て光軸上反射部５２６と環状反射面３６との間にビームエキスパンダ光学系７１が設けられていることが異なるものとされており、それに伴って光軸上反射部５２６とビームエキスパンダ光学系５３６とが異なるものとされている。

レーザ出射部４１６では、光軸上反射部５２６が２つの部材（５２６ａ、５２６ｂ）により構成されている。この第１反射部材５２６ａは、第１反射面５６６を形成し、第２反射部材５２６ｂは、第２反射面５７６を形成する。このため、レーザ出射部４１６では、ＬＤ５０から出射されたレーザ光がコリメータレンズ５１を経て（光路Ｐ１とする）第１反射部材５２６ａの第１反射面５６６により反射されて環状ミラー３５の環状反射面３６へ向かい（光路Ｐ２とする）、その環状反射面３６で反射されて第２反射部材５２６ｂの第２反射面５７６へ向かい（光路Ｐ３とする）、その第２反射面５７６で反射されて出射光軸Ａｌ上を通ってビームエキスパンダ光学系５３６に至る（光路Ｐ４とする）。

ビームエキスパンダ光学系７１は、光路Ｐ２上に設けられたレンズ７２と、光路Ｐ３上に設けられたレンズ７３と、により構成されており、平行光束が入射されると、そのビーム径を拡張した平行光束として出射する。このビームエキスパンダ光学系７１では、レンズ７２の（レンズ７３側の）焦点位置、すなわちレンズ７３の（レンズ７２側の）焦点位置（符号ｉ参照）が、第１反射面５６６と環状反射面３６との間（光路Ｐ２）に位置するように設定されている。このＬＤ５０から出射されたレーザ光のうち出射光軸Ａｌ上を通った光束の進行方向で見た光路において、焦点位置ｉから環状反射面３６までの間隔（距離）をｂとし、環状反射面３６からレンズ７３までの間隔（距離）をａとする。

ここで、レーザ出射部４１６では、ＬＤ５０から出射されたレーザ光のうち出射光軸Ａｌ上を通った光束の進行方向で見ると、回転体１２の回転姿勢が回転軸Ｒａに対して角度θで傾斜した際（その傾斜した出射光軸をＡｌ´とする）、ＬＤ５０からコリメータレンズ５１に至るまでの光路では、実施例１のレーザ出射部４１と同様の作用が生じる。詳細には、実施例１における定義と同様に、傾斜状態における実際の各光路をＰ１´〜Ｐ４´とし、元の光路をそのまま角度θだけ傾斜させて示した各仮想光路をＰ１´´〜Ｐ４´´とすると（図７、図８参照）、実際の光路Ｐ１´およびＰ２´と仮想光路Ｐ１´´およびＰ２´´との間では傾きの差異は生じないが、環状反射面３６により反射された後の実際の光路Ｐ３´と仮想光路Ｐ３´´との間では２θの傾きの差異が生じる。このため、レーザ出射部４１６では、その光路において、回転体１２の回転姿勢が回転軸Ｒａに対して角度θで傾斜すると、環状反射面３６による反射の地点から出射光軸Ａｌ´に対して角度２θで傾斜されたレーザ光が、レンズ７３へと入射することとなる。

このことから、レーザ出射部４１６では、焦点位置ｉから出射光軸上に出射された発散傾向のレーザ光が、環状反射面３６で反射された後にレンズ７３により平行光束とされるものと扱うことができ、図１６に当て嵌めて考えることができる。このため、レーザ出射部４１６では、図１６に当て嵌めるとｍ＝ａ、ｎ＝ｂとなるので、回転体１２の回転姿勢が回転軸Ｒａに対して角度θで傾斜すると、図１６で用いた式ｘ＝２ｎθ／（ｍ＋ｎ）を用いることで、角度θで傾斜された出射光軸Ａｌ´に対してその傾斜方向へと[２ｂ／（ａ＋ｂ）]θの角度で傾斜してレンズ７３へと入射する。

これに伴って、レーザ出射部４１６では、レンズ５３６ａの（レンズ５３６ｂ側の）焦点距離ｆ６ａとレンズ５３６ｂの（レンズ５３６ａ側の）焦点距離ｆ６ｂとの比がｄ：ｃとされ、角倍率がｄ／ｃに設定されている。ここで、ｃ／ｄ＝２ｂ／（ａ＋ｂ）とされている。このため、ビームエキスパンダ光学系５３６では、光軸に対して角度[２ｂ／（ａ＋ｂ）]αの方向でレンズ５３６ａに入射してきた光束が、光軸に対して角度−αの方向でレンズ５３６ｂから出射される。

このことから、レーザ出射部４１６では、図示は略すが、出射光軸Ａｌ´が出射光軸Ａｌに対して仰角側に角度θだけ傾斜すると、出射光軸Ａｌ´に対して仰角側に角度[２ｂ／（ａ＋ｂ）]θだけ傾斜してビームエキスパンダ光学系５３６へと入射し、当該ビームエキスパンダ光学系５３６から出射光軸Ａｌ´に対して俯角側に角度θだけ傾斜した進行方向（すなわち角度−θ）で出射される。この出射光軸Ａｌ´は、基準平面Ｂｐに対して仰角側に角度θだけ傾斜されていることから、ビームエキスパンダ光学系５３６から出射されるレーザ光は、基準平面Ｂｐと平行なものとされていることとなる。このことは、実施例１のレーザ出射部４１と同様に、回転体１２の回転姿勢が、レーザ光の出射方向に対して俯角側に、回転軸Ｒａに対して角度θ（すなわち角度−θ）で傾斜した場合であっても同様である。

よって、本発明に係る回転レーザ出射装置１０６では、回転体１２の回転姿勢に回転軸Ｒａに対して角度θで傾斜した場合であっても、ビームエキスパンダ光学系５３６を経て出射されるレーザ光すなわち測定用レーザ光線Ｌｍが、常に基準平面Ｂｐと平行なものとなる。

実施例６の回転レーザ出射装置１０６では、基本的に実施例１の回転レーザ出射装置１０と同様の効果を得ることができる。

これに加えて、回転レーザ出射装置１０６では、光軸上反射部５２６が第１反射部材５２６ａと第２反射部材５２６ｂとにより構成されていることから、ＬＤ５０から出射されてコリメータレンズ５１により平行光束とされたレーザ光のビーム径に適合する大きさ寸法の第１反射面５６６を形成する観点から第１反射部材５２６ａを設定することができるとともに、環状反射面３６で反射された後にレンズ７３により平行光束とされたレーザ光のビーム径に適合する大きさ寸法の第２反射面５７６を形成する観点から第２反射部材５２６ｂを設定することができる。このため、光軸上反射部５２６の位置や大きさ寸法等の設定の自由度を高めることができる。

また、回転レーザ出射装置１０６では、ビームエキスパンダ光学系７１におけるレンズ７２とレンズ７３との位置関係および焦点位置等と、ビームエキスパンダ光学系５３６における角倍率と、が互いに適合するように適宜設定することができるので、レーザ出射部４１６の設定の自由度を高めることができる。

次に、実施例７の回転レーザ出射装置１０７について説明する。実施例７の回転レーザ出射装置１０７は、レーザ出射部４１７が実施例６のレーザ出射部４１６とは異なる構成とされたものである。この回転レーザ出射装置１０７は、その基本的な構成は実施例６の回転レーザ出射装置１０６と同様であるので、同一機能部分には実施例６と同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

ここで、図２１は、実施例７の回転レーザ出射装置１０７のレーザ出射部４１７の構成を模式的に示す図２と同様の説明図である。また、図２２は、レーザ出射部４１７の作用の基本的な概念を説明するために仮想光源７４からレンズ７３７に至る光路を模式的に示す図１６と同様の説明図である。

このレーザ出射部４１７は、図２１に示すように、実施例６のレーザ出射部４１６とは光軸上反射部５２６と環状反射面３６との間に設けられたビームエキスパンダ光学系７１７の構成が異なるものとされており、それに伴ってビームエキスパンダ光学系５３７とが異なるものとされている。

レーザ出射部４１７では、実施例６のレーザ出射部４１６と同様に、光軸上反射部５２６が２つの部材（５２６ａ、５２６ｂ）により構成されており、ＬＤ５０から出射されたレーザ光（光路Ｐ１とする）が第１反射部材５２６ａの第１反射面５６６により反射されて環状ミラー３５の環状反射面３６へ向かい（光路Ｐ２とする）、その環状反射面３６で反射されて第２反射部材５２６ｂの第２反射面５７６へ向かい（光路Ｐ３とする）、その第２反射面５７６で反射されて出射光軸Ａｌ上を通ってビームエキスパンダ光学系５３７に至る（光路Ｐ４とする）。

ビームエキスパンダ光学系７１７は、光路Ｐ２上に設けられたレンズ７２７と、光路Ｐ３上に設けられたレンズ７３７と、により構成されており、平行光束が入射されると、そのビーム径を拡張した平行光束として出射する。このビームエキスパンダ光学系７１７では、レンズ７２７の（レンズ７３７側の）焦点位置、換言するとレンズ７３７の（レンズ７２７側の）焦点位置（符号ｉ参照）が、環状反射面３６と第２反射面５７６との間（光路Ｐ３）に位置するように設定されている。このＬＤ５０から出射されたレーザ光のうち出射光軸Ａｌ上を通った光束の進行方向で見た光路において、環状反射面３６から焦点位置ｉまでの間隔（距離）をｂとし、焦点位置ｉからレンズ７３７までの間隔（距離）をａとする。実施例７では、ａ：ｂ＝２：１とされている。

ここで、レーザ出射部４１７では、ＬＤ５０から出射されたレーザ光のうち出射光軸Ａｌ上を通った光束の進行方向で見ると、回転体１２の回転姿勢が回転軸Ｒａに対して角度θ´で傾斜した際（その傾斜した出射光軸をＡｌ´とする）、ＬＤ５０からレンズ７３７に至るまでの光路では、実施例１のレーザ出射部４１と同様の作用が生じる。詳細には、実施例１における定義と同様に、傾斜状態における実際の各光路をＰ１´〜Ｐ４´とし、元の光路をそのまま角度θ´だけ傾斜させて示した各仮想光路をＰ１´´〜Ｐ４´´とすると（図７、図８参照）、実際の光路Ｐ１´およびＰ２´と仮想光路Ｐ１´´およびＰ２´´との間では傾きの差異は生じないが、環状反射面３６により反射された後の実際の光路Ｐ３´と仮想光路Ｐ３´´との間では２θ´の傾きの差異が生じる。このため、レーザ出射部４１７では、その光路において、回転体１２の回転姿勢が回転軸Ｒａに対して角度θ´で傾斜すると、環状反射面３６による反射の地点から、出射光軸Ａｌ´に対して角度２θ´で傾斜されたレーザ光が、レンズ７３７へと入射することとなる。

このことから、レーザ出射部４１７では、環状反射面３６で反射された後の出射光軸上の焦点位置ｉから当該出射光軸上に出射された発散傾向のレーザ光が、レンズ７３７により平行光束とされるものと考えることができる。これを模式的に示したのが、図２２である。この図２２は、図１６におけるコリメータレンズ５１４をレンズ７３７とし、焦点位置ｉに仮想光源７４が設けられたものとし、レンズ７３７側から見て、出射光軸Ａｌ上での仮想光源７４（図１６ではＬＤ５０）と点ｓ´の位置すなわち環状反射面３６による反射の地点とが、図１６とは入れ替わったものである。

すなわち、図２２では、ＬＤ５０からレンズ７３７に至るまでの光路を、出射光軸Ａｌに沿う直線状で示し、この直線状の出射光軸Ａｌ上において、仮想光源７４とレンズ７３７とが当該レンズ７３７の焦点距離ｆ０´の間隔を置いて配置されている。このため、仮想光源７４は、出射位置がレンズ７３７の焦点面（焦平面）Ｆｐに位置している。この図２２では、出射光軸Ａｌ（Ａｌ´）に対するＬＤ５０とレンズ７３７との関係性が一定であることから、回転体１２の回転姿勢が回転軸Ｒａに対して角度θ´で傾斜しても、傾斜前の出射光軸Ａｌに対して傾斜後の出射光軸Ａｌ´が傾斜することはなく（ＡｌとＡｌ´とが等しい直線で示される）、傾斜に応じて光束の進行方向が点ｓ´を基点として出射光軸Ａｌ´（Ａｌ）に対して傾斜する。この図２２では、光束の進行方向が出射光軸Ａｌ´（Ａｌ）に対して傾斜すると、仮想光源７４は、点ｓ´を基点とする光束の進行方向と焦点面（焦平面）Ｆｐとの交点（符号ｔ´参照）へと移動することとなる。

仮想光源７４から出射された発散傾向のレーザ光は、レンズ７３７を経ることにより平行光束とされる。図２２では、そのレンズ７３７の中心位置を符号ｑ´で示し、仮想光源７４における出射位置を符号ｒ´で示している。また、出射光軸Ａｌ´（Ａｌ）上における環状反射面３６による反射の地点を符号ｓ´で示しており、回転体１２の回転姿勢が回転軸Ｒａに対して角度θ´で傾斜した際、環状反射面３６による反射の地点（点ｓ´）から出射光軸Ａｌ´（線分ｑ´−ｒ´）に対して角度２θ´で傾斜された光束ｌ２が、レンズ７３７へと入射する様子を線分ｓ´−ｕ´で示す。ここで、出射光軸Ａｌ上で見て、レンズ７３７から仮想光源７４の出射位置まで（線分ｑ´−ｒ´）の長さ寸法をｍ´とし、仮想光源７４の出射位置から環状反射面３６による反射の地点まで（線分ｒ´−ｓ´）の長さ寸法をｎ´とする。

この光束ｌ２がレンズ７３７を透過した後に進行する方向は、線分ｓ´−ｕ´と焦点面Ｆｐとの交点ｔ´からレンズ７３７の中心ｑ´へと向かう方向（線分ｔ´−ｑ´と平行な方向）となる。このため、レンズ７３７を経た平行光束は、出射光軸Ａｌ´（線分ｑ´−ｒ´）に対して、レンズ７３７を透過する前とは逆の符号の角度ｘ´（出射光軸Ａｌ´を中心とした反対側への角度ｘ´）でビームエキスパンダ光学系５３７（図２１参照）へ向かう。

ここで、レンズ７３７の中心ｑ´を通りレーザ光ｌ２と平行な直線と焦点面Ｆｐとの交点ｖ´とすると、線分ｑ´−ｖ´は出射光軸Ａｌ´（線分ｑ´−ｒ´）に対して角度２θ´で傾斜していることとなる。また、上記したように、本願発明のレーザ出射部４１７においては、出射光軸Ａｌに対する傾斜角度θ´が極めて小さな値であることから、ｔａｎθ´＝θ´（２θ´でも同様である）とみなすことができる。このため、線分ｑ´−ｒ´を底辺とする三角形ｑ´ｒ´ｖ´と三角形ｑ´ｒ´ｔ´とで見ると、三角形ｑ´ｒ´ｖ´における頂点ｑ´の角度２θ´と三角形ｑ´ｒ´ｔ´における頂点ｑ´の角度ｘ´との比が、線分ｒ´−ｖ´と線分ｒ´−ｔ´との長さの比と等しくなる。このことから、線分ｒ´−ｖ´により一辺が規定される三角形ｑ´ｒ´ｖ´と、それと相似関係であり線分ｒ´−ｔ´により一辺が規定される三角形ｓ´ｒ´ｔ´とで見て、（線分ｑ´−ｒ´）：（線分ｒ´−ｖ´）＝（線分ｓ´−ｒ´）：（線分ｒ´−ｔ´）となり、（ｍ´）：（２θ´）＝（ｎ´）：（ｘ´）となるので、ｘ´＝（２ｎ´／ｍ´）θ´となる。

よって、上記した構成のレーザ出射部４１７では、角度ｘ´すなわちレンズ７３７を経た平行光束の出射光軸Ａｌ´（線分ｑ´−ｒ´）に対する進行方向が、光路で見て、レンズ７３７と仮想光源７４との間の距離(間隔（レンズ７３７の焦点距離ｆ０´の間隔）)と、仮想光源７４から出射光軸Ａｌ´上の環状反射面３６による反射の地点（点ｓ´）の間の距離(間隔)と、により、決定されることとなる。なお、このことは、傾斜後（実際の各光路（図７、８等のＰ１´〜Ｐ４´参照））であっても、レンズ７３７と仮想光源７４との間の光路上で見た環状反射面３６による反射の地点の前後比が、傾斜前の状態（各光路Ｐ１〜Ｐ４）と等しいことを前提とするものであるが、上記したように、本願発明のレーザ出射部４１７においては入射角度が極めて小さい範囲で変動することから、反射前と反射後の光路長の長さの比の変化は極めて小さいものであり、光路における当該反射面の位置（反射前と反射後の光路長の長さの比）を元の設定値として扱うことができる。

ここで、レーザ出射部４１７では、上述したように、仮想光源７４と当該レンズ７３７との間の距離(間隔)ｍ´すなわちａと、仮想光源７４から出射光軸Ａｌ´上の点ｓ´の間の距離(間隔)ｎ´すなわちｂとが、２：１とされていることから、上式ｘ´＝（２ｎ´／ｍ´）θ´により、ｘ´＝θ´となる。ここで、上述したように、レンズ７３７を透過する前とは逆の符号の角度ｘ´（出射光軸Ａｌ´を中心とした反対側への角度ｘ´）で出射されることから、ｘ´＝−θ´となる。すなわち、レーザ出射部４１７では、回転体１２の回転姿勢が回転軸Ｒａに対して角度θ´で傾斜した場合、ＬＤ５０から出射されたレーザ光が、出射光軸Ａｌ´に対して等しい方向に角度−θ´だけ傾斜した進行方向で出射される。このため、実施例７のレーザ出射部４１７では、レンズ７３７から出射されるレーザ光の進行方向を、ビームエキスパンダ光学系５３７により変化させる必要がないので、図２１に示すように、ビームエキスパンダ光学系５３７が設けられていない。

このことから、レーザ出射部４１７では、出射光軸Ａｌ´が出射光軸Ａｌに対して仰角側に角度θ´だけ傾斜すると、出射光軸Ａｌ´に対して俯角側に角度θ´だけ傾斜した進行方向（すなわち角度−θ´）でレンズ７３７から出射される。この出射光軸Ａｌ´は、基準平面Ｂｐに対して仰角側に角度θ´だけ傾斜されていることから、レンズ７３７から出射されるレーザ光は、基準平面Ｂｐと平行なものとされていることとなる。このことは、実施例１のレーザ出射部４１と同様に、回転体１２の回転姿勢が、レーザ光の出射方向に対して俯角側に、回転軸Ｒａに対して角度θ´（すなわち角度−θ´）で傾斜した場合であっても同様である。

よって、本発明に係る回転レーザ出射装置１０７では、回転体１２の回転姿勢に回転軸Ｒａに対して角度θ´で傾斜した場合であっても、レンズ７３７を経て出射されるレーザ光すなわち測定用レーザ光線Ｌｍが、常に基準平面Ｂｐと平行なものとなる。

実施例７の回転レーザ出射装置１０７では、基本的に実施例６の回転レーザ出射装置１０６と同様の効果を得ることができる。これに加えて、回転レーザ出射装置１０７では、ビームエキスパンダ光学系５３７を設ける必要がないので、より簡易な構成とすることができ、より軽量化および小型化を図ることが容易である。

なお、実施例７の回転レーザ出射装置１０７では、焦点位置ｉからレンズ７３７までの間隔（距離）ａと、環状反射面３６から焦点位置ｉまでの間隔（距離）ｂとの比ａ：ｂを２：１とすることにより、ビームエキスパンダ光学系５３７を設けないものとしていたが、実施例７の構成に限定されるものではない。すなわち、出射光軸Ａｌ´が出射光軸Ａｌに対して角度θ´だけ傾斜した際、レンズ７３７から出射されるレーザ光の進行方向は、ｘ´＝（２ｎ´／ｍ´）θ´となることから、角倍率が（ｍ´／２ｎ´）のビームエキスパンダ光学系５３７を用いることにより、ｍ´：ｎ´を任意の値とすることができる。

なお、上記した各実施例では、レーザ出射部が収容される回転体１２に、上端の設置部３７に無線ユニット３８が設置された支持軸部分３４が挿通された構成とされていたが、レーザ出射部が回転軸Ｒａ回りに回転される回転体に収容されて構成され、回転体１２の回転姿勢が回転軸Ｒａに対して傾斜することに起因してレーザ出射部の出射光軸が傾斜する虞があるものであれば本発明に係る回転レーザ出射装置の構造を採用することができ、その作用効果を得ることができる。

また、上記した各実施例では、基準反射部として環状ミラー３５により形成された環状反射面３６が用いられていたが、回転体１２の回転位置に拘らず光軸上反射部５２と協働して光路Ｐ２および光路Ｐ３を形成することができるものであればよく、上記した各実施例に限定されるものではない。

さらに、上記した実施例１および実施例３〜５では、断面二等辺三角形の柱状部材である光軸上反射部５２が用いられていたが、基準反射部（実施例１および実施例３〜５では環状反射面３６）と協働して光路Ｐ２および光路Ｐ３を形成する第１反射面５６および第２反射面５７を形成するものであれば、例えば、角柱形状のものであってもよく、二つの板状部材で構成されているもの（実施例６、７参照）であってよく、上記した実施例１および実施例３〜５に限定されるものではない。

上記した各実施例では、レーザ出射部４１において、ビーム成形光学系５４がビームエキスパンダ光学系５３等を経た後のレーザ光を３分割して成形する構成とされていたが、傾斜角および高さの測定に好適なレーザ光を出射することができるものであればよく、上記した各実施例に限定されるものではない。

上記した各実施例では、レーザ出射部４１において、ビーム成形光学系５４がビームエキスパンダ光学系５３等を経た後のレーザ光を回転軸Ｒａから遠ざかるにともなって末広がりの扇状面形状を呈する光束いわゆるファンビームとするように設定されていたが、
回転軸Ｒａ回りに回転しながらレーザ光を出射するものであれば、例えば、図２３に示す回転レーザ出射装置１０´のように、棒状の光束Ｌｍ´を出射するものであってもよく、上記した各実施例に限定されるものではない。この回転レーザ出射装置１０´では、レーザ出射部４１´が、上記した各実施例の回転レーザ出射装置のレーザ出射部において、ビーム成形光学系５４が設けられていない構成とされている。

上記した実施例４〜７では、基準反射面による反射回数が１回の例が示されていたが、実施例３に示したように、基準反射面による反射回数が複数回であってもよい。この場合、実施例３と同様に基準反射面による反射回数をｋとすると、回転体１２の回転姿勢が回転軸Ｒａに対して角度θで傾斜した場合、その反射に起因して傾斜角度が２ｋθとなるので、この２ｋθに適合するように、光路上における焦点位置の設定やビームエキスパンダ光学系の角倍率（実施例４〜７参照）を設定すればよい。

ここで、請求項３に記載の回転レーザ装置において、前記ビームエキスパンダ光学系は、前記反射光学部により前記出射光軸上に反射された後のレーザ光が進行する光路上であって前記出射光軸上に設けられており、前記レーザ光源から出射されたレーザ光が進行する光路上での前記平行光学部材の設定位置と前記反射光学部による前記基準反射面での反射回数とに基づいて角倍率が設定されていることとすると（構成ａとする）、ビームエキスパンダ光学系および平行光学部材を有する打消光学部と、反射光学部とが互いに適合するように適宜設定することができるので、出射光学系の設定の自由度を高めつつレーザ出射部から出射されるレーザ光の出射方向を常に基準平面に平行なものとすることができる。

上記した構成ａに加えて、前記平行光学部材は、前記基準反射面により反射される前のレーザ光が進行する光路上に設けられており、前記ビームエキスパンダ光学系の前記角倍率は、前記反射光学部による前記基準反射面での反射回数をｋとして、１／２ｋに設定されていることとすると（構成ｂとする）、回転体の回転姿勢が回転軸に対してブレてしまった場合であっても、レーザ出射部から出射されるレーザ光の出射方向を常に基準平面に平行なものとすることができる。これは、例えば、反射回数が１（ｋ＝１）であるとすると、回転体の回転姿勢が回転軸に対して所定の角度θだけ傾いてしまった場合、レーザ出射部の出射光軸が、基準平面に対して角度θだけ傾いていることから、反射光学部から基準反射面に向かうレーザ光の進行方向および基準反射面により反射されたレーザ光の進行方向も、元の状態に比較すると、角度θだけ傾く。ここで、出射光軸が角度θだけ傾いていることから、基準反射面により反射されたレーザ光が反射光学部により反射されて、ビームエキスパンダ光学系へと向かうレーザ光の進行方向は、角度θだけ傾いた出射光軸に対して角度２θだけ傾く。このビームエキスパンダ光学系では、角倍率（１／２ｋ）が１／２に設定されていることから、光軸（すなわち出射光軸）に対して角度２θだけ傾く進行方向で入射したレーザ光は、光軸に対して角度−θだけ傾いた進行方向のレーザ光として出射される。よって、鉛直面で見ると、ビームエキスパンダ光学系を経た後のレーザ光の進行方向は、角度θだけ傾いた出射光軸に対して角度−θだけ傾くこととなり、基準平面に対して平行なものとなるので、回転体の回転姿勢が回転軸に対してブレてしまった場合であっても、レーザ出射部から出射されるレーザ光の出射方向を常に基準平面に平行なものとすることができる。

上記した構成ｂに加えて、前記反射光学部は、前記出射光軸に直交しかつ前記基準平面に平行な方向に延在する長尺部材であり、前記レーザ光源から前記基準平面に平行な状態の前記出射光軸上に出射されたレーザ光を前記基準反射面へ向けて反射させる第１反射面と、前記基準反射面により反射された当該レーザ光を前記出射光軸上に戻すように反射させる第２反射面とを有し、前記第１反射面と前記第２反射面との前記出射光軸に対する傾斜角度が絶対値で等しくされていることとすると、反射光学部を簡易な構成とすることができる。

上記した構成ａに加えて、前記平行光学部材は、前記基準反射面により反射された後のレーザ光が進行する光路上であって前記ビームエキスパンダ光学系よりも前記基準反射面側に設けられ、前記レーザ光源側の焦点位置が前記基準反射面により反射される前のレーザ光が進行する光路上に設定されており、前記ビームエキスパンダ光学系の前記角倍率は、前記反射光学部による前記基準反射面での反射回数が１である場合、レーザ光が進行する光路において、前記平行光学部材の中心から前記基準反射面までの間隔をｍとし、かつ該基準反射面から前記平行光学部材の焦点位置までの間隔をｎとして、（ｍ＋ｎ）／２ｎに設定されていることとすると、回転体の回転姿勢が回転軸に対してブレてしまった場合であっても、レーザ出射部から出射されるレーザ光の出射方向を常に基準平面に平行なものとすることができる。

上記した構成ａに加えて、前記平行光学部材は、前記基準反射面により反射された後のレーザ光が進行する光路上であって前記ビームエキスパンダ光学系よりも前記基準反射面側に設けられ、前記レーザ光源側の焦点位置が前記基準反射面により反射される前のレーザ光が進行する光路上に設定されており、前記ビームエキスパンダ光学系の前記角倍率は、前記反射光学部による前記基準反射面での反射回数をｋとし、レーザ光が進行する光路において、前記平行光学部材の中心から前記基準反射面までの間隔をｍとし、かつ該基準反射面から前記平行光学部材の焦点位置までの間隔をｎとして、（ｍ＋ｎ）／４ｋｎに設定されていることとすると、回転体の回転姿勢が回転軸に対してブレてしまった場合であっても、レーザ出射部から出射されるレーザ光の出射方向を常に基準平面に平行なものとすることができる。

上記した構成ａに加えて、前記ビームエキスパンダ光学系は、一対のレンズを互いの焦点位置が一致するように対向されて構成され、当該焦点位置が前記基準反射面により反射された後のレーザ光が進行する光路上に位置するように設けられており、前記ビームエキスパンダ光学系の前記角倍率は、前記反射光学部による前記基準反射面での反射回数が１である場合、レーザ光が進行する光路において、前記平行光学部材の中心から当該焦点位置までの間隔と、当該焦点位置から前記基準反射面までの間隔と、の比が、２対１とされていることとすると、極めて簡易な構成で、回転体の回転姿勢が回転軸に対してブレてしまった場合であっても、レーザ出射部から出射されるレーザ光の出射方向を常に基準平面に平行なものとすることができる。

上記した構成ａに加えて、前記ビームエキスパンダ光学系は、前記基準反射面により反射されてから前記反射光学部により反射された後のレーザ光が進行する光路上であって前記出射光軸上に設けられており、前記平行光学部材は、前記基準反射面により反射された後のレーザ光が進行する光路上であって前記ビームエキスパンダ光学系よりも前記基準反射面側に設けられて、前記レーザ光源側の焦点位置が前記基準反射面により反射された後のレーザ光が進行する光路上に設定されており、前記ビームエキスパンダ光学系の前記角倍率は、前記反射光学部による前記基準反射面での反射回数が１である場合、レーザ光が進行する光路において、前記平行光学部材の中心から当該焦点位置までの間隔をｍ´とし、かつ当該焦点位置から前記基準反射面までの間隔をｎ´として、ｍ´／２ｎ´に設定されていることとすると、回転体の回転姿勢が回転軸に対してブレてしまった場合であっても、レーザ出射部から出射されるレーザ光の出射方向を常に基準平面に平行なものとすることができる。

請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の回転レーザ装置もしくは上記した構成に加えて、前記レーザ出射部には、前記出射光学系を経たレーザ光を、前記回転軸から遠ざかるにともなって一方向に拡がっていく扇状に成形するシリンドリカルレンズが設けられ、前記レーザ出射部は、前記シリンドリカルレンズを介して３本の扇状のレーザ光を出射し、３本の該扇状のレーザ光の断面形状で見て、２本が互いに間隔を置いて延在させるとともに残りの１本が一方の上端と他方の下端とを架け渡すように斜めに延在させることとすると（構成ｃとする）、傾斜角および高さの測定により好適な所謂Ｎ字型のファンビームを、鉛直面で見て基準平面に平行な進行方向のレーザ光により形成することができる。

請求項７または請求項８に記載の回転レーザ装置もしくは上記した構成ｃに加えて、前記レーザ出射部では、前記ビームエキスパンダ光学系を経たレーザ光が前記各プリズムブロックにより３つに分割され、この３つに分割された各レーザ光が対応する前記シリンドリカルレンズを経ることにより、互いに間隔を置いて前記回転軸と平行に延在する２本の照射光線と、該両照射光線の間で斜めに延在する照射光線と、を形成することとすると、回転体の回転姿勢が回転軸に対してブレてしまった場合であっても、出射方向が常に基準平面に平行な複数のレーザ光で、所定の位置関係とされた３つの照射光線を形成することができるので、高低角の正確な算出を容易なものとすることができ、高い精度での傾斜角および高さの測定を可能とすることができる。

１０、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７ 回転レーザ出射装置
１１ 基台
１２ 回転体
３４ （支持軸部としての）支持軸部分
３５ （基準反射部としての）環状ミラー
３６ （基準反射面としての）環状反射面
４１、４１２、４１３、４１４、４１５、４１６、４１７ レーザ出射部
５０ （レーザ光源としての）ＬＤ
５１、５１２、５１４、５１５ （平行光学部材としての）コリメータレンズ
５２、５２２、５２３、５２６ （反射光学部としての）光軸上反射部
５２６ａ （反射光学部としての）反射部材
５２６ｂ （反射光学部としての）反射部材
５３、５３３、５３４、５３５、５３６、５３７ ビームエキスパンダ光学系
５６、５６３、５６６ 第１反射面
５７、５７２、５７３、５７６ 第２反射面
５８ａ〜５８ｃ プリズムブロック
５９ａ〜５９ｃ シリンドリカルレンズ
７１、７１７ ビームエキスパンダ光学系
Ｂｐ 基準平面
Ｒａ 回転軸

Claims (10)

1. 回転軸回りに回転可能に支持された回転体と、前記回転軸に直交する基準平面に沿ってレーザ光を出射すべく前記回転体に収容されたレーザ出射部と、を備える回転レーザ出射装置であって、
   前記レーザ出射部は、レーザ光を出射可能とされたレーザ光源と、該レーザ光源から出射されたレーザ光を前記基準平面に平行な出射光軸上で出射させる出射光学系と、を有し、
   前記基台には、前記基準平面に平行な基準反射面を構成する基準反射部が設けられ、
   前記出射光学系は、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を前記基準反射面へ向けて出射させるとともに、該基準反射面により反射されたレーザ光を前記回転体の前記回転軸に対する傾斜を打ち消すように前記出射光軸に対して傾斜する方向へと出射させることを特徴とする回転レーザ出射装置。
2. 前記出射光学系は、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を前記基準反射面へ向けて出射させるとともに該基準反射面により反射された当該レーザ光を前記出射光軸上に反射させる反射光学部と、前記基準反射面により反射されたレーザ光を前記回転体の前記回転軸に対する傾斜を打ち消すように前記出射光軸に対して傾斜する方向へと出射させる打消光学部と、を有することを特徴とする請求項１に記載の回転レーザ出射装置。
3. 前記打消光学部は、入射された光束を平行光束として出射するビームエキスパンダ光学系と、該ビームエキスパンダ光学系へと入射させるレーザ光を平行光束とするための平行光学部材とを有することを特徴とする請求項２に記載の回転レーザ出射装置。
4. 前記ビームエキスパンダ光学系は、前記基準反射面により反射された後のレーザ光が進行する光路上に設けられており、前記レーザ光源から出射されたレーザ光が進行する光路上での前記平行光学部材の設定位置と前記基準反射面での反射回数とにより角倍率が設定されていることを特徴とする請求項３に記載の回転レーザ出射装置。
5. 前記基準反射部は、前記支持軸部を取り囲むような環状を呈し、前記基台に設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の回転レーザ出射装置。
6. 前記レーザ出射部には、前記出射光学系を経たレーザ光を、前記回転軸から遠ざかるにともなって一方向に拡がっていく扇状に成形するシリンドリカルレンズが設けられ、
   前記レーザ出射部は、前記シリンドリカルレンズを介して少なくとも２本の扇状のレーザ光を出射し、両該扇状のレーザ光の断面形状における長尺方向を互いに異なる向きとすることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の回転レーザ出射装置。
7. 前記レーザ出射部には、前記出射光学系を経たレーザ光を複数に分割するための分割光学部材が設けられていることを特徴とする請求項６に記載の回転レーザ出射装置。
8. 前記分割光学部材は、前記回転軸に直交する面に沿って並列され互いに当接された複数のプリズムブロックであることを特徴とする請求項７に記載の回転レーザ出射装置。
9. 前記シリンドリカルレンズを介して出射された複数の扇状のレーザ光は、出射方向が前記回転軸上の同一個所で交差するように設定されていることを特徴とする請求項６ないし請求項８のいずれか１項に記載の回転レーザ出射装置。
10. 回転軸に沿って延在する支持軸部を有する基台と、前記支持軸部を受け入れつつ前記基台に対し回転軸回りに回転可能に支持された回転体と、前記回転軸に直交する基準平面に沿ってレーザ光を出射すべく前記回転体に収容されたレーザ出射部と、を備える回転レーザ出射装置であって、
    前記レーザ出射部は、レーザ光を出射可能とされたレーザ光源と、該レーザ光源から出射されたレーザ光を前記基準平面に平行な出射光軸上で出射させる出射光学系と、を有し、
    前記基台には、前記基準平面に平行な基準反射面を構成する基準反射部が設けられ、
    前記出射光学系は、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を前記基準反射面へ向けて出射させるとともに、該基準反射面により反射されたレーザ光を前記回転体の前記回転軸に対する傾斜を打ち消すように前記出射光軸に対して傾斜する方向へと出射させることを特徴とする回転レーザ出射装置。
    

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