JP3454926B2 - 基準平面設定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、測量等に用いられる基
準平面設定装置にかかり、特に、水平基準面を設定する
水平平行光線束と、鉛直線を設定する２本の垂直平行光
線束を射出する基準平面設定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来は、水準面を設定する際には水準儀
とポールが用いられていたが、近年では、基準平面設定
装置、またはレーザープレーナと呼ばれる測量装置が用
いられるようになってきた。この基準平面設定装置は、
水平平行光線束を一の軸線回りに回転させながら射出し
て、該水平平行光線束が壁やポール等に当たってできた
スポット光により水準面を設定する測量装置である。

【０００３】この様な基準平面設定装置は、主に水準面
を設定して建築構造物内等の壁に窓を設けたり、柱の高
さをそろえる際に用いられている。しかしながら最近で
は、水準面を設定するのに加えて、床から天井までに亘
る鉛直線を設定するために、前記水準面に垂直な上下の
２方向に２本の垂直平行光線束を射出する基準平面設定
装置が用いられるようになってきた。

【０００４】図４を用い、このような従来技術の基準平
面設定装置の構造を簡単に説明する。

【０００５】従来技術の基準平面設定装置１００はケー
シング１０１を備えており、該ケーシング１０１は、円
筒１０３と、レーザダイオード１０５と、第１ハーフプ
リズム１０６と、第２ハーフプリズム１０７と、第１ミ
ラー１０８とを備えている。前記円筒１０３は回転軸線
１０２の回りに回転可能に保持されており、前記レーザ
ダイオード１０５は、前記第１ハーフプリズムにレーザ
光１２１を照射するように配置されており、前記第１ハ
ーフプリズム１０６と前記第２ハーフプリズム１０７と
は前記回転軸線１０２上に配置されている。

【０００６】また、前記円筒１０３はハーフミラー１０
９と第２ミラーとを備えており、前記ハーフミラー１０
９は前記回転軸線１０２上に配置されている。

【０００７】前記レーザ光１２１が前記第１ハーフプリ
ズム１０６に照射されると、該レーザ光１２１の一部は
該第１ハーフプリズム１０６で前記ハーフミラー１０９
に照射されるように反射され、前記円筒１０３の中空部
を通るレーザ光１２２となり、他の部分は前記第１ハー
フプリズム１０６と前記第２ハーフプリズム１０７とを
透過し、レーザ光１２３として前記第１ミラー１０８に
照射される。すると、前記レーザ光１２３は該第１ミラ
ー１０８で反射され、前記第２ハーフプリズム１０７に
戻され、該第２ハーフプリズム１０７と前記第１ハーフ
プリズム１０６との境界で、前記回転軸線１０２の鉛直
下方方向に反射され、鉛直下方ビーム１２７が前記ケー
シング１０１の窓１１３から外部に射出される。

【０００８】一方、前記レーザ光１２２が前記ハーフミ
ラー１０９に照射されると、一部分は該ハーフミラー１
０９を透過するので、前記回転軸線１０２の鉛直上方方
向に照射され、前記ケーシング１０１の窓１２１から射
出れて鉛直上方ビーム１２５となり、他の部分は前記ハ
ーフミラー１０９で反射され、更に第２ミラーで前記回
転軸線１０２と垂直な方向に反射されて、前記ケーシン
グ１０１の窓１１１から照射される水平ビーム１２６に
なる。

【０００９】前記ケーシング１０１はモーター１０４を
備えており、前記円筒１０３は該モーター１０４によっ
て前記回転軸線１０２を中心として回転させられるよう
に構成されているので、前記回転軸線１０２が鉛直にな
るように整準し、前記円筒１０３を回転させる、前記ハ
ーフプリズム１０９、第２ミラーも前記回転軸線１０２
を中心として回転するので、前記水平ビーム１２６は水
準面内で回転し、これにより水準面が設定される。

【００１０】このとき、前記鉛直上方ビーム１２５が天
井に当たってできるスポットと、鉛直下方ビーム１２７
が床に当たってできるスポットとは、前記回転軸線１０
２上に位置しており、前記円筒１０３が回転しても移動
しないので、前記２つのスポットを結ぶと鉛直線を設定
することができる。

【００１１】しかしながら従来技術の基準平面設定装置
は、上述したように、光学部品として、２つのミラーと
２つのハーフプリズムとを必要とし、光学部品点数は多
い。このように、光学部品点数が多い場合には光学系の
構造が複雑となり、しかも光学部品相互間の位置関係を
正しく配置しないと、前記水平ビームが回転しても平面
とならなかったり、鉛直軸線を設定するためのスポット
光が動いてしまう等の不都合があり、加えて、光学部品
点数が多いために、コスト高になっていた。

【００１２】また、平行光線束を２本に分割し、その内
の一本を更に２本に分割しているため、各平行光線束の
光強度は、全体の光強度を１とすると、１／２、１／
４、１／４となってしまう。その場合、特に遠方まで到
達すべき水平平行光線束の光強度が１／４となり、レー
ザー光の使用効率が悪かった。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来技術
の不利不便に鑑みて創作されたもので、その目的は、光
学部品点数を削減し、簡単な構造で基準平面と垂直線を
設定でき、また、光の使用効率の高い基準平面設定装置
を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく、
請求項１記載の発明は、回転軸線回りに回転される水平
平行光線束で基準平面を設定し、前記回転軸線の上下２
方向に沿って射出される２本の垂直平行光線束で垂直線
を設定する基準平面設定装置であって、一次平行光線束
を発生する発光手段を、該一次平行光線束が前記回転軸
線に直交する平面に平行に、且つ、前記回転軸線と交差
するように配置し、前記交差する位置に、前記一次平行
光線束を前記水平平行光線束と２本の垂直平行光線束と
に分割するビームスプリット手段を配置し、前記発光手
段と前記ビームスプリット手段とを前記回転軸線を中心
に回転させる回転手段を請求項２記載の発明は、請求項
１記載の基準平面設定装置において、前記発光手段は発
光面が楕円形状のレーザダイオードと前記レーザダイオ
ードの射出するレーザ光を前記一次平行光線束とするコ
リメータレンズとを有し、前記発光面の長径方向が前記
回転軸線の上下方向になるように前記レーザダイオード
を配置したことを特徴とし、請求項３記載の発明は、請
求項１又は請求項２のいずれか１項記載の基準平面設定
装置において、前記２本の垂直平行光線束のうち少なく
とも１本の垂直平行光線束の光路上に、垂直平行光線束
の光軸(平行光線束の中心軸線)の位置を調整する光軸調
整用レンズを設けたことを特徴とし、請求項４記載の発
明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の基準
平面設定装置において、前記水平平行光線束の光路と前
記２本の垂直平行光線束の光路のうち少なくとも１以上
の光路上に平行光線束の断面形状を円形とする円形絞り
を設けたことを特徴とし、請求項５記載の発明は、請求
項１乃至請求項４のいずれか１項記載の基準平面設定装
置において、前記ビームスプリット手段は台形プリズム
であることを特徴とする。

【００１５】

【作用】基準平面設定装置は一般に、回転軸線回りに回
転される水平平行光線束で基準平面を設定し、前記回転
軸線の上下２方向に射出された２本の垂直平行光線束で
垂直線を設定する装置であり、一次平行光線束を発生す
る発光手段を有している。

【００１６】この基準平面設定装置の前記発光手段を、
該発光手段が発生する前記一次平行光線束が前記回転軸
線と交差するように配置するとともに、前記交差する位
置にビームスプリット手段を配置しておけば、前記一次
平行光線束は前記ビームスプリット手段に照射される。

【００１７】前記ビームスプリット手段は、前記照射さ
れた一次平行光線束を２本の垂直平行光線束とに分割す
ると共に、一部を透過させて前記水平平行光線束を作る
ように構成されているので、回転手段によって前記発光
手段と前記ビームスプリット手段とが前記回転軸線回り
に回転されると、前記水平平行光線束も前記回転軸線の
回りに回転する。このとき、前記一次平行光線束が前記
回転軸線に直交する平面に平行になるように前記発光手
段が配置されているので、前記水平平行光線束も前記回
転軸線に直交する平面に平行となり、前記回転により水
平平行光線束は基準平面を張ることができる。

【００１８】そして、前記回転軸線が鉛直になるように
整準すれば、前記基準平面は水準面となる。また、前記
２本の垂直平行光線束は前記回転軸線の上下方向に沿っ
て照射されているので、前記２本の垂直平行光線束が床
と天井に照射されてできるスポット光を結ぶと垂直線を
設定できる。

【００１９】その際、前記ビームスプリット手段に台形
プリズムを使用すれば、光学部品の削減に一層寄与でき
る。

【００２０】また、前記２本の垂直平行光線束のうちの
少なくとも１本の垂直平行光線束の光路上に、垂直平行
光線束の光軸の位置を調節する光軸調整用レンズを設け
ておけば、垂直平行光線束の光軸を簡単に動かすことが
できるので、スポットが正確に回転軸線上に生じるよう
にすることができる。

【００２１】特に、ビームスプリット手段として台形プ
リズムを使用した場合、２本の垂直平行光線束のうち、
一本の垂直平行光線束の光軸が回転軸線と一致するよう
に台形プリズムの位置を調節し、他方の垂直平行光線束
の光軸を前記光軸調整用レンズで調節するようにすれ
ば、一つの光軸調整用レンズで２本の垂直平行光線束の
光軸を回転軸線と一致させることができ、台形プリズム
の加工精度から生じる誤差を解消することができる。な
お、鉛直上方に向けて射出される垂直平行光線束は、遠
方でスポットを作るため、下方に射出される垂直平行光
線束に比べて精度が要求されるので、該上方に射出され
る垂直平行光線束の光路上に光軸調整用レンズを設けて
おけば効果的である。

【００２２】この台形プリズムの長手方向は前記回転軸
線の上下方向になるように配置されているので、前記発
光手段に発光面が楕円形状をしているレーザダイオード
と、該レーザダイオードの射出するレーザ光を前記一次
平行光線束とするコリメータレンズを設け、前記レーザ
ダイオードを、その発光面の長径方向が前記回転軸線の
上下方向になるように固定しておけば、前記一次平行光
線束の断面形状を楕円形状となり、その長径方向が前記
台形プリズムの長手方向と一致するので、一次平行光線
束の使用効率が高い。

【００２３】また、平行光線束のスポット形状を円形と
する円形絞りを、光路上に設けておけば、水平平行光線
束の形状を真円形状とでき、又その大きさも調節できる
ので、観測者が基準平面を視認しやすくなる。

【００２４】また、前記円形絞りを垂直平行光線束の光
路上に設けておけば、スポットの形状を真円形状に近く
でき、又その大きさを調節できるばかりでなく、前記円
形絞りの中心を前記回転軸線が通るように配置しておく
だけで、基準平面設定装置から射出される垂直平行光線
束の光軸(平行光線束の中心軸線)を、容易に前記回転軸
線に一致させることができ、前記水平平行光線束が回転
しても、スポット光が動かないようにすることができ
る。

【００２５】

【実施例】本発明の実施例を図面を用いて説明する。

【００２６】図１を参照し、２は本発明の一実施例の基
準平面設定装置であり、該基準平面設定装置２は、ケー
シング(筺体)１０を有している。

【００２７】該ケーシング１０の底板１１には軸筒１２
が立設されており、該軸筒１２にターンテーブル６１に
垂設された軸部６０が挿入される。前記ターンテーブル
６１は、ベアリング２８a、２８bを介して前記軸部６０
に回転可能に軸支され、前記軸部６０の中心軸線が回転
軸線６２と一致するように構成されており、回転手段で
あるモータＭ₁により、ベルト２７とプーリー２６とを
介して、前記ターンテーブル６１とその上面に設けられ
た回転体ユニット２０は、前記回転軸線６２を中心とし
て回転させられる。

【００２８】前記回転体ユニット２０と前記軸部６０と
は中空に形成されており、前記回転軸線６２に沿う光波
路６４を形成し、前記回転体ユニット２０内には、発光
面が楕円形状であるレーザダイオード２２と、該レーザ
ダイオード２２の射出するレーザ光を一次平行光線束Ｌ
₀とするコリメーターレンズ２３が設けられており、前
記レーザダイオード２２と前記コリメーターレンズ２３
とで一次平行光線束Ｌ₀を発生する発光手段２１を構成
している。前記レーザダイオード２２は、その発光面の
長径方向が前記回転軸線６２の上下方向になるように固
定されているので、前記一次平行光線束Ｌ₀の断面形状
も楕円形状であり、その長径方向は前記回転軸線６２の
上下方向になる。

【００２９】前記レーザ発光ダイオード２２と前記コリ
メーターレンズ２３とは、前記光波路６４の側方に配置
されており、前記光波路６４上の、前記一次平行光線束
Ｌ₀と前記回転軸線と６２とが交差する位置にはビーム
スプリット手段である台形プリズム２４が、その長手方
向が前記回転軸線の上下方向になるように配置されてい
るので、前記一次平行光線束Ｌ₀の長径方向が前記前記
台形プリズム２４の長手方向に一致するように照射され
る。

【００３０】前記台形プリズム２４は、図２(ａ)に示す
ように、上底面Ｓ₀と下底面Ｓ₁と２つの斜面Ｓ₂、Ｓ₃と
２つの側面とから構成されており、該台形プリズム２４
は、前記上底面Ｓ₀と前記下底面Ｓ₁とは、前記一次平行
光線束Ｌ₀の光軸(光線束の断面の中心)と、略中央で垂
直に交差するように配置されている。従って、前記一次
平行光線束Ｌ₀のうち、前記上底面Ｓ₀に照射された部分
は前記台形プリズム２４を透過して、水平平行光線束Ｌ
₁となり、前記回転体ユニット２０に設けられた窓６６
と前記ケーシング１０に設けられた防塵用ガラス窓３２
を通って前記基準平面設定装置２から射出される。

【００３１】また、前記斜面Ｓ₂、Ｓ₃は、前記下底面Ｓ
₁と４５度(deg)の角度で交差するように構成されてお
り、前記回転軸線６２と前記台形プリズム２４とは、前
記斜面Ｓ₂、Ｓ₃の中央で交差するように配置されている
ので、前記一次平行光線束Ｌ₀のうち、前記斜面Ｓ₂、Ｓ
₃に照射された部分は、前記回転軸線６２に沿って反射
され、２本の垂直平行光線束Ｌ₁、Ｌ₂となる。前記基準
平面設定装置２の上方には防塵用ガラス窓３３が設けら
れ、下方には防塵用ガラス窓３９が設けられているの
で、前記斜面Ｓ₂で反射された垂直平行光線束Ｌ₁は、前
記防塵用ガラス窓３３を通って射出され、前記斜面Ｓ₃
で反射された垂直平行光線束Ｌ₃は前記防塵用ガラス窓
３９を通って射出される。

【００３２】なお、前記台形プリズム２４に替え、図２
(ｂ)のように、２つの直角三角プリズム２５a、２５bと
を間隔を設けて配置してもよいが、上記したように、２
つの斜面が下底面と４５度を成す台形プリズムを使用す
れば、１つの光学部品で前記一次平行光線束Ｌ₀を前記
水平平行光線束Ｌ₁と前記２本の垂直平行光線束Ｌ₂、Ｌ
₃とに分割できる。

【００３３】そして、前記モータＭ₁により、前記ター
ンテーブル６１が回転させられると、前記発光手段２１
と前記台形プリズム２４とは前記回転軸線６２の回りに
回転される。前記一次平行光線束Ｌ₀は前記回転軸６２
と垂直な平面に平行になるようにされており、前記水平
平行光線束Ｌ₁も前記回転軸６２と垂直な平面に平行な
ので、前記回転によって前記水平平行光線束Ｌ₁が一の
平面を張るので、基準平面を設定できる。そして、前記
回転軸線６２を鉛直にすれば、前記基準平面は水準面と
なる。

【００３４】また、前記斜面Ｓ₂、Ｓ₃が四角形であるの
で、それらの全面に前記一次平行光線束Ｌ₀が照射され
た場合は、前記垂直平行光線束Ｌ₂、Ｌ₃の断面も四角形
状となるが、図３に示すような円形絞りを前記垂直平行
光線束Ｌ₂、Ｌ₃の光路上に、該垂直平行光線束Ｌ₂、Ｌ₃
が垂直に当たるように設けたので、前記垂直平行光線束
Ｌ₂、Ｌ₃の断面形状を真円形状に近い円形に形成するこ
とができる。更に、前記断面形状が四角形の垂直平行光
線束Ｌ₂、Ｌ₃は、その内部に前記回転軸線６２が位置し
ているので、前記円形絞りの中心を回転軸線６２と一致
させておけば、断面形状が円形となった垂直平行光線束
Ｌ₂、Ｌ₃の光軸(垂直平行光線束の中心軸線)が前記回転
軸線６２と一致するので、前記台形プリズム２４が回転
しても、前記垂直平行光線束Ｌ₂、Ｌ₃が天井と床に当た
ってできるスポット光の位置が動くことはない。

【００３５】この該円形絞り５２の光を通す部分の大き
さは調節可能に構成されているので、光量を調節するこ
とも可能であり、また、前記水平平行光線束Ｌ₁の光路
上にも配置したので、前記水平平行光線束Ｌ₁が壁等に
当たってできるスポット光の大きさも調節でき、視認性
を向上させたい場合にはスポット光の大きさを大きく、
水準面の位置を正確に設定したい場合にはスポット光の
大きさを小さくすることができる。

【００３６】なお、前記台形プリズム２４に替え、図２
(ｃ)に示すような円形鏡５３a、５３bを用い、両者を間
隔を存して配置し、前記台形プリズム２４の斜面Ｓ₂、
Ｓ₃と同様に、前記一次平行光線束Ｌ₀を前記水平平行光
線束Ｌ₁と２本の垂直平行光線束Ｌ₂、Ｌ₃とに分割する
ことも可能である。その際、前記回転軸線６２が前記円
形鏡５３a、５３bの中心Ｐ₂、Ｐ₃を通るようにすれば、
前記円形絞り５２を前記２本の垂直平行光線束Ｌ₂、Ｌ₃
の光路上に配置しなくてもスポット形状は円形になり、
また、前記発光手段２１と共に該円形鏡５３a、５３bが
前記回転軸線６２回りに回転しても、スポット光の位置
が動くことはない。前記回転体ユニット２０の、前記円
形絞り５２と前記防塵用窓ガラス３３の間の位置に光軸
調整用レンズとして２つの楔レンズ６５a、６５bを設け
られ、上方に照射される前記垂直平行光線束Ｌ₂が、該
楔レンズ６５a、６５bと交差するようにされているの
で、該楔レンズ６５a、６５bで前記垂直平行光線束Ｌ₂
の光軸を傾けたり平行移動させたりすることができる。
従って、下方に照射される前記垂直平行光線束Ｌ₃の光
軸が前記回転軸線６２と一致するようにした後、前記上
方に照射される前記垂直平行光線束Ｌ₂の光軸を、前記
楔レンズ６５a、６５bで調節し、前記回転軸線６２と一
致するように調整することができる。

【００３７】なお、前記底板１１の下面には、バッテリ
ーケース３４が一体に固定されており、前記レーザ発光
ダイオード２２は、前記軸部６０に挿通されたリード４
０によって、前記バッテリーケース３４内に露出した前
記軸部６０の下端部３５に設けられたスリップリング３
７と電気的に接続されている。また、該バッテリーケー
ス３４内には図示しないバッテリーが配置されており、
該バッテリーは、前記スリップリング３７と摺接するよ
うに設けられたブラシ３８と電気的に接続されているの
で、前記レーザ発光ダイオード２２に前記バッテリーか
ら電力を供給し得るように構成されている。

【００３８】また、前記バッテリーケース３４は、整準
ねじ４２a、４２b、４２cで整準台４１に傾斜調節可能
に取付けられているので、前記ケーシング１０に設けた
気泡管４３を観察して基準平面設定装置２を整準するこ
とができる。なお、前記整準台４１の略中央には、前記
下向きに射出される前記垂直平行光線束Ｌ₃を遮らない
ように穴が開けられている。

【００３９】更に、前記整準ねじ４２a、４２bは、平歯
車４４a、４４bを介して、それぞれモーターＭ₂、Ｍ₃に
よって回転駆動可能に接続されており、前記モーターＭ
₂、Ｍ₃は、前記底板１１に設けられたモーターコントロ
ーラー５２に接続されており、前記モーターコントロー
ラー５２は、前記底板１１の上面に設けられた傾斜セン
サー５０に接続されているので、該モーターコントロー
ラー５２は、前記傾斜センサー５０が検出した傾きに基
づいて、前記モーターＭ₂、Ｍ₃を動かして、前記整準ね
じ４２a、４２bを動かすことも可能であり、その場合に
は自動的に前記回転軸線６２が鉛直になるように整準す
ることができる。

【００４０】

【発明の効果】基準平面と垂直線を設定できる基準平面
設定装置を少ない光学部品点数で構成でき、構造が簡単
であり、基準平面と垂直線の精度を出しやすい。

【００４１】また、基準平面を設定する水平平行光線束
の光強度を向上させることができ、発光手段の発生する
光の使用効率が高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例の基準平面設定装置

【図２】 (ａ)台形プリズムの配置を説明するための図
(ｂ)ビームスプリット手段に三角プリズムを用いた
場合の配置を説明するための図 (ｃ)ビームスプリッ
ト手段に円形鏡を用いた場合の配置を説明するための図

【図３】 円形絞りの斜視図

【図４】 従来技術の基準平面設定装置

【符号の説明】

２……基準平面設定装置 ２４……台形プリズム
５２……円形絞り ６２……回転軸線 ６５a、６５b……光軸調整用レン
ズ(楔レンズ) Ｌ₀……一次平行光線束 Ｌ₁……水平平行光線束 Ｌ₂、Ｌ₃……垂直平行光線束 Ｍ₁……回転手段(モー
ター）

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転軸線回りに回転される水平平行光線束
   で基準平面を設定し、前記回転軸線に沿って上下２方向
   に射出される２本の垂直平行光線束で垂直線を設定する
   基準平面設定装置であって、 一次平行光線束を発生する発光手段を、該一次平行光線
   束が、前記回転軸線に直交する平面に平行に、且つ、前
   記回転軸線と交差するように配置し、 前記交差する位置に、前記一次平行光線束を前記水平平
   行光線束と２本の垂直平行光線束とに分割するビームス
   プリット手段を配置し、 前記発光手段と前記ビームスプリット手段とを前記回転
   軸線を中心に回転させる回転手段を設けたことを特徴と
   する基準平面設定装置。
2. 【請求項２】前記発光手段は発光面が楕円形状のレーザ
   ダイオードと前記レーザダイオードの射出するレーザ光
   を前記一次平行光線束とするコリメータレンズとを有
   し、 前記発光面の長径方向が前記回転軸線の上下方向になる
   ように前記レーザダイオードを配置したことを特徴とす
   る請求項１記載の基準平面設定装置。
3. 【請求項３】前記２本の垂直平行光線束のうち少なくと
   も１本の垂直平行光線束の光路上に、垂直平行光線束の
   光軸の位置を調整する光軸調整用レンズを設けたことを
   特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の
   基準平面設定装置。
4. 【請求項４】前記水平平行光線束の光路と前記２本の垂
   直平行光線束の光路のうち少なくとも１以上の光路上に
   平行光線束の断面形状を円形とする円形絞りを設けたこ
   とを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記
   載の基準平面設定装置。
5. 【請求項５】前記ビームスプリット手段は台形プリズム
   であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれ
   か１項記載の基準平面設定装置。