JP3518107B2 - 測量機の自動傾き補正装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、測量機の自動傾
き補正装置に関し、特に建設作業に用いられるレーザー
投光測量機の傾き補正装置として好適な測量機の自動傾
き補正装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のレーザー投光測量機の自動傾き補
正装置としては、例えば図４及び図５に示すものが知ら
れている（特開昭６３ー２２２２１４号公報）。

【０００３】このレーザー投光測量機の測量機本体１０
９の下部には整準装置１０８が設けられている。測量機
本体１０９内の上部にはレーザー光Ｌを下方へ向けて出
射するようにレーザーダイオード１０１が設けられ、レ
ーザーダイオード１０１の下方には自動傾き補正装置が
設けられている。

【０００４】この自動傾き補正装置は、レーザーダイオ
ード１０１から下方へ出射されたレーザ光Ｌを平行光に
する集光レンズ１０２と、集光レンズ１０２からの平行
光が透過する透明容器１０３とを備えている。透明容器
１０３内は上下２つの部屋に区分され、各部屋にはシリ
コンオイル（透明な液体）Ｃ１、Ｃ２がそれぞれ封入さ
れ、かつ各部屋の上部にはシリコンオイルＣ１、Ｃ２の
液面と接する空間１０８ａ、１０８ｂが形成されてい
る。透明容器１０３の上平面部１０３ａ、中平面部１０
３ｂ、下平面部１０３ｃは互いに平行である。

【０００５】図５に示すように、測量機本体１０９が角
度θ１だけ傾いた場合、透明容器１０３内のシリコンオ
イルＣ１、Ｃ２の各液面は水平を保つので、シリコンオ
イルＣ１、Ｃ２は勾配角θ１をもつ楔状になる。レーザ
ーダイオード１０１から出射され、集光レンズ１０２で
平行光になったレーザー光Ｌは楔状のシリコンオイルＣ
１、Ｃ２を透過するときに屈折し、偏角θ２のレーザー
光Ｌとなって測量機本体１０９の外部へ出射される。

【０００６】シリコンオイルＣ１、Ｃ２の屈折率をそれ
ぞれｎ１、ｎ２とすると、補正の条件式はθ２＝（ｎ１
＋ｎ２ー２）θ１となるので、ｎ１＝ｎ２＝１. ５のシ
リコンオイルＣ１、Ｃ２を使用すれば、レーザー光Ｌの
傾き補正が成り立つ。すなわち、レーザー光Ｌが自動的
に鉛直方向へ向くように補正され、測量機本体１０９の
傾きによる測定誤差が補正される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
レーザー投光測量機の自動傾き補正装置では、傾きが補
正されたレーザー光Ｌは下方向へだけ出射されるので、
建物の内装作業等で行なわれる墨出し作業（床上の墨即
ちポイントを天井に移す作業）に利用することができな
いという問題があった。

【０００８】この発明はこのような事情に鑑みてなされ
たもので、その課題は建物の内装作業等で行なわれる墨
出し作業に利用することができる測量機の自動傾き補正
装置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め請求項１記載の発明に係る測量機の自動傾き補正装置
は、光を出射する光源手段と、上面及び下面を備え、自
由液面を有する透明な液体が収納された容器と、前記光
源手段からの光を前記容器の上面又は下面の一方へ向け
る光路変更手段と、前記容器の上面又は下面の他方に設
けられ、前記容器の上面又は下面の一方と前記容器内の
液体とを透過した前記光源手段からの光を上方向への光
と下方向への光とに分離する分離手段とを備えているこ
とを特徴とする。

【００１０】光源手段からの光は、容器内の液体を透過
した後、容器の上面又は下面の他方に設けられた分離手
段により上方向への光と下方向への光とに分離されるの
で、上方と下方の両方向へ光を出射させることができ
る。

【００１１】請求項２記載の発明に係る測量機の自動傾
き補正装置は、前記容器の上面から出射した前記上方向
への光の傾きを拡大する第１の拡大光学系と、光軸を前
記第１の拡大光学系の光軸と合致させて設けられ、前記
容器の下面から出射した前記下方向への光の傾きを拡大
する第２の拡大光学系とを備え、かつ、前記第１の拡大
光学系からの出射光が上方向への鉛直光になりかつ前記
第２の拡大光学系からの出射光が下方向への鉛直光にな
るように、前記両拡大光学系の拡大倍率をそれぞれ前記
液体の屈折率に応じて設定したことを特徴とする。

【００１２】透明な液体を現在あるものの中から測量機
の振動を減衰するのに必要な粘度を考慮して選ぶことに
より、測量機の傾きを補正するためのパラメータの１つ
である液体の屈折率をまず最初に設定することができ
る。この設定後、測量機の傾きを補正するための残りの
パラメータ、即ち第１の拡大光学系及び第２の拡大光学
系の拡大倍率をそれぞれ液体の屈折率に応じて設定すれ
ばよい。

【００１３】請求項３記載の発明に係る測量機の自動傾
き補正装置は、第１の拡大光学系をケプラー式望遠鏡
で、第２の拡大光学系をガリレオ式望遠鏡でそれぞれ構
成したことを特徴とする。

【００１４】請求項４記載の発明に係る測量機の自動傾
き補正装置は、集光光学部材が、両拡大光学系のいずれ
か一方の一部の光学部材で構成されていることを特徴と
する。

【００１５】集光光学部材が、両拡大光学系のいずれか
一方の一部の光学部材で構成されているので、構成部材
が少なくなり、製造コストが低減される。

【００１６】請求項５記載の発明に係る測量機の自動傾
き補正装置は、光源手段からの光を集光して容器の上面
又は下面の一方へ照射する第１の光学部材と、分離手段
により分離された上方向への光により形成される像を投
影する第２の光学部材と、光軸を第２の光学部材の光軸
と合致させて設けられ、分離手段により分離された下方
向への光により形成される像を投影する第３の光学部材
とを備え、第２の光学部材からの出射光が上方向への鉛
直光になるように、第２の光学部材の焦点距離と、自由
液面から上方向への光の結像点までの距離とを液体の屈
折率に応じて設定し、かつ第３の光学部材からの出射光
が下方向への鉛直光になるように、第３の光学部材の焦
点距離と、自由液面から下方向への光の結像点までの距
離とを液体の屈折率に応じて設定したことを特徴とす
る。

【００１７】透明な液体を現在あるものの中から測量機
の振動を減衰するのに必要な粘度を考慮して選ぶことに
より、測量機の傾きを補正するためのパラメータの１つ
である液体の屈折率をまず最初に設定することができ
る。この設定後、測量機の傾きを補正するための残りの
パラメータ、即ち第２の光学部材の焦点距離と、自由液
面から上方向への光の平均的な結像点までの距離と、第
３の投影光学部材の焦点距離と、自由液面から下方向へ
の光の平均的な結像点までの距離とを液体の屈折率に応
じて設定すればよい。

【００１８】請求項６記載の発明に係る測量機の自動傾
き補正装置は、第１の光学部材と第２の光学部材は同一
の部材で構成されていることを特徴とする。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００２０】図１はこの発明の第１の実施形態に係る測
量機の自動傾き補正装置を示す全体構成図である。

【００２１】自動傾き補正装置は、レーザーダイオード
１と、互いに平行な上壁部（上面）２ａ及び下壁部（下
面）２ｂを有する透明容器（以下、単に容器という）２
と、レーザーダイオード１から出射されるレーザー光Ｌ
を直角下方へ反射して容器２へ向けるハーフプリズム
（光路変更手段）３とを備えている。さらに、自動傾き
補正装置は、ハーフプリズム３で反射されたレーザー光
Ｌを平行光にするコリメータレンズ（集光光学部材）４
と、ケプラー式望遠鏡（第１の拡大光学系）５と、ガリ
レオ式望遠鏡（第２の拡大光学系）６とを備えている。

【００２２】レーザーダイオード１は、ハーフプリズム
３を介してコリメータレンズ４の焦点距離ｆ１の位置に
配置され、かつレーザー光Ｌをコリメータレンズ４の光
軸Ｌ０に直角な方向でハーフプリズム３へ向けて出射す
るようになっている。レーザーダイオード１とハーフプ
リズム３とにより、平行光を出射する光源手段が構成さ
れている。

【００２３】容器２内には屈折率ｎのシリコンオイル
（透明な液体）Ｃが封入され、かつ容器２内にはシリコ
ンオイルＣの自由液面Ｃ′と接する空間２０が形成され
ている。

【００２４】容器２の下壁部２ｂの内面には、上壁部２
ａから容器２内に入射してシリコンオイルＣを透過した
レーザー光Ｌを上方向への光と下方向への光とに分離す
るハーフミラー（分離手段）１０が形成されている。

【００２５】ケプラー式望遠鏡５は、ハーフミラー１０
で反射されて容器２から上方向へ出射したレーザー光Ｌ
２の傾きを拡大するもので、コリメータレンズ４で兼用
された凸レンズと凸レンズ７とで構成されている。コリ
メータレンズ（凸レンズ）４と凸レンズ７の位置関係
は、凸レンズ７から出射するレーザー光Ｌ２′が平行光
になるように配置されている。そして、凸レンズ７から
出射するレーザー光Ｌ２′が上方向への鉛直光になるよ
うに、ケプラー式望遠鏡５の拡大倍率（ｆ１／ｆ４）が
シリコンオイルＣの屈折率ｎに応じて設定されている。
ここで、ｆ４は凸レンズ７の焦点距離である。

【００２６】ガリレオ式望遠鏡６は、ハーフミラー１０
を透過して容器２から下方向へ出射したレーザー光Ｌ１
の傾きを拡大するもので、凸レンズ８と凹レンズ９とで
構成されている。ガリレオ式望遠鏡６の光軸はケプラー
式望遠鏡５の光軸Ｌ０と合致している。凸レンズ８と凹
レンズ９の位置関係は、凹レンズ９から出射するレーザ
ー光Ｌ１′が平行光になるように構成されている。そし
て、凹レンズ９から出射するレーザー光Ｌ１′が下方向
への鉛直光になるように、ガリレオ式望遠鏡６の拡大倍
率（ｆ２／ｆ３）がシリコンオイルＣの屈折率ｎに応じ
て設定されている。ここで、ｆ２は凸レンズ８の焦点距
離で、ｆ３は凹レンズ９の焦点距離である。

【００２７】ハーフミラー１０は、例えば入射光の略半
分の光量を透過させかつその略半分の光量を反射させる
ようになっている。なお、透過光量と反射光量の比率
は、必要に応じて任意に設定可能である。

【００２８】次に、上記構成を有する第１の実施形態に
係る自動傾き補正装置の動作を説明する。

【００２９】レーザーダイオード１からのレーザー光Ｌ
は、ハーフプリズム３で反射され、コリメータレンズ４
により平行光になって容器２に入射する。

【００３０】測量機全体が角度θ１だけ傾いた場合、容
器２も傾くが、その容器２内のシリコンオイルＣの自由
液面Ｃ′は水平を保つので、シリコンオイルＣは勾配角
θ１をもつ楔状になる（図１の破線部を参照）。図１で
は、図示を簡単にするために、自由液面Ｃ′が容器２に
対して角度θ１だけ傾いたように示してある。

【００３１】上壁部２ａから容器２内に入射し、自由液
面Ｃ′及びシリコンオイルＣを透過したレーザー光Ｌ
は、楔状のシリコンオイルＣにより屈折され、ハーフミ
ラー１０により上方向への光（反射光）と下方向（透過
光）への光とに分離される。

【００３２】ハーフミラー１０を透過し、略半分の光量
になったレーザー光（下方向への光）Ｌ１は、下記の
（１）式で表される角度θ２だけ傾いた状態でガリレオ
式望遠鏡６の凸レンズ８に入射する。

【００３３】 θ２＝（ｎー１）・θ１ （１）式 レーザー光Ｌ１の傾き角度θ２は、凸レンズ８の焦点距
離ｆ２と凹レンズ９の焦点距離ｆ３による拡大倍率によ
って拡大され、下記の（２）式で表される角度θ３のレ
ーザー光Ｌ１′になり、凹レンズ９から鉛直下方へ出射
される。

【００３４】 θ３＝θ２・ｆ２／ｆ３ （２）式 つまり、自動傾き補正される角度θ３は、（２）式に
（１）式を代入すると、 θ３＝（ｎー１）・θ１・ｆ２／ｆ３ （３）式 となる。

【００３５】（３）式より、測量機全体の傾き角度θ１
と傾きを補正された角度θ３は等しくなければならない
ので、θ１＝θ３とすると、下記の（４）式で表される
傾き補正の条件式が導き出される。

【００３６】 ｆ２／ｆ３＝１／（ｎー１） （４）式 一方、ハーフミラー１０で反射されたレーザー光（上方
向への光）は、シリコンオイルＣ及び自由液面Ｃ′を再
び透過して容器２の上壁部２ａから出射する。このとき
のレーザー光Ｌ２は、近似的に下記の（５）式で表され
る角度θ４だけ傾いた状態でケプラー式望遠鏡５の凸レ
ンズ（コリメータレンズ）４に入射する。

【００３７】 θ４＝（ｎー１／ｎ）・θ１ （５）式 レーザー光Ｌ２の傾き角度θ４は、コリメータレンズ
（凸レンズ）４の焦点距離ｆ１と凸レンズ７の焦点距離
ｆ４による拡大倍率によって拡大され、下記の（６）式
で表される角度θ５のレーザー光Ｌ２′になり、凸レン
ズ７から鉛直上方へ出射される。

【００３８】 θ５＝θ４・ｆ１／ｆ４ （６）式 つまり、自動傾き補正される角度θ５は、（６）式に
（５）式を代入すると、 θ５＝（ｎー１／ｎ）・θ１・ｆ１／ｆ４ （７）式 となる。

【００３９】（７）式より、測量機全体の傾き角度θ１
と傾きを補正された角度θ５は等しくなければならない
ので、θ１＝θ５とすると、下記の（８）式で表される
傾き補正の条件式が導き出される。

【００４０】 ｆ１／ｆ４＝１／（ｎー１／ｎ） （８）式 このように、上記第１の実施形態によれば、測量機全体
の傾き角度θ１がそれぞれ補正された鉛直下方への光
（レーザー光Ｌ１′）と鉛直上方への光（レーザー光Ｌ
２′）との両方を同時に出射させることができるので、
建物の内装作業等で行なわれる墨出し作業（床上の墨即
ちポイントを天井に移す作業）に利用することができ
る。

【００４１】また、図４及び図５に示す上記従来の自動
傾き補正装置では、測量機の振動を減衰させるために必
要な適度の粘度を有しかつ屈折率ｎが正確に１. ５００
であるシリコンオイルは現在存在しないので、シリコン
オイルＣ１、Ｃ２として屈折率ｎが１. ４１等の現在あ
るものを使わざるを得ない。そのため、精度の高い傾き
補正を行なうことができなかった。

【００４２】これに対して、上記第１の実施形態によれ
ば、シリコンオイルＣを現在あるものの中から測量機の
振動を減衰するのに必要な粘度を考慮して選ぶことによ
り、測量機の傾きを補正するためのパラメータの１つで
あるシリコンオイルＣの屈折率ｎをまず最初に設定する
ことができる。この設定後、測量機の傾きを補正するた
めの残りのパラメータ、即ち両望遠鏡５、６の拡大倍率
をそれぞれ上記（４）式、（８）式を満足するように
（屈折率ｎに応じて）設定すればよい。したがって、精
度の高い傾き補正を行なうことができる。

【００４３】具体的には、レーザー光Ｌ１′が凹レンズ
９から鉛直下方へ出射されるように測量機全体の傾き角
度θ１を補正するために、シリコンオイルＣを現在ある
ものの中から測量機の振動を減衰するのに必要な粘度を
考慮して選ぶことにより、測量機の傾きを補正するため
のパラメータの１つであるシリコンオイルＣの屈折率ｎ
をまず最初に設定することができる。この設定後、測量
機の傾きを補正するための残りのパラメータ、即ちガリ
レオ式望遠鏡６の拡大倍率（ｆ２／ｆ３）を上記（４）
式を満足するように（屈折率ｎに応じて）設定すればよ
い。

【００４４】また、レーザー光Ｌ２′が凸レンズ７から
鉛直上方へ出射されるように測量機全体の傾き角度θ１
を補正するために、シリコンオイルＣの屈折率ｎの設定
後、測量機の傾きを補正するための残りのパラメータ、
即ちケプラー式式望遠鏡５の拡大倍率（ｆ１／ｆ４）を
上記（８）式を満足するように（屈折率ｎに応じて）設
定すればよい。

【００４５】図２はこの発明の第２の実施形態に係る測
量機の自動傾き補正装置を示している。上記第１の実施
形態と共通する部材には同一の符号を付して説明を省略
する。

【００４６】第１の実施形態では、ハーフプリズム３が
ケプラー式望遠鏡５の凸レンズ（コリメータレンズ４）
と凸レンズ７との間に配置されている。これに対して、
第２の実施形態では、ハーフプリズム３がガリレオ式望
遠鏡６の凸レンズ８と容器２との間に配置され、かつレ
ーザーダイオード１からのレーザー光Ｌを平行光にして
ハーフプリズム３に向けるコリメータレンズ４が設けら
れている。コリメータレンズ４の光軸は、両望遠鏡５、
６の光軸Ｌ０に対し直角である。

【００４７】また、第１の実施形態では、ケプラー式望
遠鏡５を構成する２つの凸レンズの一方をコリメータレ
ンズ４で兼用させている。これに対して、第２の実施形
態では、ケプラー式望遠鏡５が専用の凸レンズ７、１１
で構成されている。凸レンズ７、１１の位置関係は、第
１の実施形態と同様に、凸レンズ７から出射するレーザ
ー光Ｌ１′が平行光になるように配置されている。ここ
で、ｆ２は凸レンズ１１の焦点距離で、ｆ３は凸レンズ
７の焦点距離である。また、ｆ４、ｆ５は、ガリレオ式
望遠鏡６の凸レンズ８、９の焦点距離をそれぞれ示して
いる。

【００４８】また、第２の実施形態では、容器２内に屈
折率ｎ＝１. ４０のシリコンオイルＣが封入されてい
る。

【００４９】さらに、容器２の上壁部２ａの内面には、
下壁部２ｂから容器２内に入射してシリコンオイルＣを
透過したレーザー光を上方向への光（透過光）と下方向
への光（反射光）とに分離するハーフミラー１０′（分
離手段）が形成されている。

【００５０】次に、上記構成を有する第２の実施形態に
係る自動傾き補正装置の動作を説明する。

【００５１】レーザーダイオード１からのレーザー光Ｌ
はコリメータレンズ４により平行光になり、この平行光
はハーフプリズム３で上方向へ反射されて下壁部２ｂか
ら容器２に入射する。

【００５２】測量機全体が角度θ１だけ傾いた場合、容
器２も傾くが、その容器２内のシリコンオイルＣの自由
液面Ｃ′は水平を保つので、シリコンオイルＣは勾配角
θ１をもつ楔状になる（図２の破線部を参照）。

【００５３】下壁部２ｂから容器２内に入射し、シリコ
ンオイルＣ及び自由液面Ｃ′を透過したレーザー光Ｌ
は、楔状のシリコンオイルＣにより屈折され、ハーフミ
ラー１０′により上方向への光と下方向への光とに分離
される。

【００５４】ハーフミラー１０′を透過し、略半分の光
量になったレーザー光（上方向への光）Ｌ１は、近似的
に下記の（１′）式で表される角度θ４だけ傾いた状態
でケプラー式望遠鏡５の凸レンズ１１に入射する。ここ
で、シリコンオイルＣの屈折率ｎは１. ４０である。

【００５５】 θ４＝（ｎー１）・θ１＝０. ４θ１ （１′）式 レーザー光Ｌ１の傾き角度θ４は、凸レンズ１１の焦点
距離ｆ２（ｆ２＝２５mm）と凸レンズ７の焦点距離ｆ３
（ｆ３＝１０mm）による拡大倍率によって拡大され、下
記の（２′）式で表される角度θ５のレーザー光Ｌ１′
になり、凸レンズ７から鉛直上方へ出射される。

【００５６】 θ５＝θ４・ｆ２／ｆ３＝２. ５θ４ （２′）式 つまり、自動傾き補正される角度θ５は、（２′）式に
（１′）式を代入すると、 θ５＝（ｎー１）・θ１・ｆ２／ｆ３＝θ１ （３′）式 となる。

【００５７】（３′）式より、測量機全体の傾き角度θ
１と傾きを補正された角度θ５は等しくなければならな
いので、θ１＝θ５とすると、下記の（４′）式で表さ
れる傾き補正の条件式が導き出される。

【００５８】 ｆ２／ｆ３＝１／（ｎー１）＝２．５ （４′） 一方、ハーフミラー１０′で反射されたレーザー光（下
方向への光）は、自由液面Ｃ′及びシリコンオイルＣを
再び透過して容器２の下壁部２ｂから出射する。このと
きのレーザー光Ｌ２は、近似的に下記の（５′）式で表
される角度θ２だけ傾いた状態で、ハーフプリズム３を
透過してガリレオ式望遠鏡６の凸レンズ８に入射する。

【００５９】 θ２＝２（ｎー１）・θ１＝０. ８・θ１ （５′） レーザー光Ｌ２の傾き角度θ２は、凸レンズ８の焦点距
離ｆ４（ｆ４＝２５mm）と凹レンズ９の焦点距離ｆ５
（ｆ５＝２０mm）による拡大倍率によって拡大され、下
記の（６′）式で表される角度θ３のレーザー光Ｌ２′
になり、凹レンズ９から鉛直下方へ出射される。

【００６０】 θ３＝θ２・ｆ４／ｆ５＝１. ２５・θ２ （６′）式 つまり、自動傾き補正される角度θ３は、（６′）式に
（５′）式を代入すると、 θ３＝２（ｎー１）・θ１・ｆ４／ｆ５ （７′）式 となる。

【００６１】（７′）式より、測量機全体の傾き角度θ
１と傾きを補正された角度θ３は等しくなければならな
いので、θ１＝θ３とすると、下記の（８′）式で表さ
れる傾き補正の条件式が導き出される。

【００６２】 ｆ４／ｆ５＝１／２（ｎー１）＝１．２５ （８′）式 このように、上記第２の実施形態によれば、上記第１の
実施形態と同様に、建物の内装作業等で行なわれる墨出
し作業に利用することができるとともに、精度の高い傾
き補正を行なうことができる。

【００６３】図３はこの発明の第３の実施形態に係る測
量機の自動傾き補正装置を示している。上記第１の実施
形態と共通する部材には同一の符号を付して説明を省略
する。

【００６４】第３の実施形態の自動傾き補正装置は、ハ
ーフプリズム３によって直角下方へ反射されたレーザー
ダイオード１からのレーザー光Ｌを集光して容器２へ照
射する集光レンズ（第１の光学部材）１４と、集光レン
ズ１４を通って容器２に入射したレーザー光Ｌがハーフ
ミラー１０で反射された上方向への光（レーザー光Ｌ
２）によって形成される平均的な像（結像点Ｌ２Ｐに光
軸近辺の光束によってできる実像）を投影する凸レンズ
（第２の光学部材で、集光レンズ１４で兼用されてい
る）と、光軸を集光レンズ１４の光軸Ｌ０と合致させて
設けられ、集光レンズ１４を通って容器２に入射したレ
ーザー光Ｌがハーフミラー１０を透過した下方向への光
（レーザー光Ｌ１）によって形成される平均的な像（結
像点Ｌ１Ｐに光軸近辺の光束によってできる虚像）を投
影する凹レンズ（第３の光学部材）とを備えている。

【００６５】レーザーダイオード１は、集光レンズ１４
の光軸Ｌ０に対し直角方向の位置で、かつ集光レンズ１
４からハーフミラー３を介して距離ａの位置に配置され
ている。

【００６６】ハーフミラー１０は、入射光の略３０％の
光量を透過させかつその略７０％の光量を反射させるよ
うになっている。

【００６７】シリコンオイルＣの自由液面Ｃ′は、平均
的結像点Ｌ１Ｐから距離ｙ１だけ離れた位置にある。

【００６８】凹レンズ１６は、このレンズから鉛直下方
へ平行光（レーザー光Ｌ１′）が出射されるように、焦
点距離ｆ２を平均的結像点Ｌ１Ｐに合致させて配置され
ている。

【００６９】レーザーダイオード１から出射されるレー
ザー光Ｌは、ハーフプリズム３及び集光レンズ１４を経
て容器２に入射し、ハーフミラー１０で反射されて容器
２から上方向へ出射する。この上方向への光（レーザー
光Ｌ２）は平均的結像点Ｌ２Ｐに実像を形成するように
なっている。この平均的結像点Ｌ２Ｐは、自由液面Ｃ′
からｙ２の距離にある。

【００７０】また、集光レンズ１４は、このレンズから
鉛直上方へ平行光（レーザー光Ｌ２′）が出射されるよ
うに、焦点距離ｆ１を平均的結像点Ｌ２Ｐに合致させて
配置されている。

【００７１】次に、上記構成を有する第３の実施形態に
係る自動傾き補正装置の動作を説明する。

【００７２】レーザーダイオード１からのレーザー光Ｌ
は、ハーフプリズム３で反射され、集光レンズ１４によ
り集光されて容器２に照射される。

【００７３】測量機全体が角度θ１だけ傾いた場合、容
器２も傾くが、その容器２内のシリコンオイルＣの自由
液面Ｃ′は水平を保つので、シリコンオイルＣは勾配角
θ１をもつ楔状になる（図３の破線部を参照）。

【００７４】上壁部２ａから容器２内に入射し、自由液
面Ｃ′及びシリコンオイルＣを透過したレーザー光Ｌ
は、楔状のシリコンオイルＣにより屈折され、ハーフミ
ラー１０により上方向への光（反射光）と下方向（透過
光）への光とに分離される。

【００７５】ハーフミラー１０を透過し、略３０％の光
量になったレーザー光（下方向への光）Ｌ１は、近似的
に下記の（１０）式で表される角度θ２だけ傾いた状態
で凹レンズ１６に入射する。

【００７６】 θ２＝（ｎー１）・θ１ （１０）式 レーザー光（下方向への光）Ｌ１は、集光レンズ１４か
ら距離ｂの位置にある平均的結像点Ｌ１Ｐに虚像を形成
する。ここで、ａ、ｂ、ｆ１の関係は、１／ｆ１＝（１
／ａ）＋（１／ｂ）である。

【００７７】このとき、平均的結像点Ｌ１Ｐの位置は、
光軸Ｌ０から水平方向に距離ｄ１だけずれている。

【００７８】 ｄ１＝ｙ１・Ｔａｎθ２ （１１）式 さらに、レーザー光Ｌ１は、凹レンズ１６によって角度
を変えられ、下記の（１２）式で表される角度θ３の平
行光（レーザー光Ｌ１′）になり、凹レンズ１６から鉛
直下方へ出射される。

【００７９】 θ３＝Ｔａｎ^-1（ｄ１／ｆ２） （１２）式 つまり、自動傾き補正される角度θ３は、（１２）式に
（１０）及び（１１）式を代入すると、 θ３＝Ｔａｎ^-1〔（ｙ１・Ｔａｎ （（ｎー１）・θ１））／ｆ２〕 （１３）式 となる。

【００８０】（１３）式より、測量機全体の傾き角度θ
１と傾きを補正された角度θ３は等しくなければならな
いので、θ１＝θ３＝θと置くと、 ｆ２／ｙ１＝〔Ｔａｎ（（ｎー１）・θ）〕／Ｔａｎθ （１４）式 となる。

【００８１】さらに、θの範囲が小さい（例えば１°以
下）とすると、下記の（１５）式で表される傾き補正の
条件式が導き出される。

【００８２】 ｙ１／ｆ２＝１／（ｎー１） （１５）式 一方、ハーフミラー１０で反射されたレーザー光（上方
向への光）は、シリコンオイルＣ及び自由液面Ｃ′を再
び透過して容器２の上壁部２ａから出射する。このとき
のレーザー光Ｌ２は、近似的に下記の（１６）式で表さ
れる角度θ４だけ傾いており、平均的結像点Ｌ２Ｐに実
像を形成する。

【００８３】 θ４＝（ｎー１／ｎ）・θ１ （１６）式 このとき、平均的結像点Ｌ２Ｐの位置は、光軸Ｌ０から
距離ｄ２だけずれている。

【００８４】 ｄ２＝ｙ２・Ｔａｎθ４ （１７）式 さらに、レーザー光Ｌ２は、集光レンズ１４によって角
度を変えられ、下記の（１８）式で表される角度θ５の
平行光（レーザー光Ｌ２′）になり、集光レンズ１４か
ら鉛直上方へ出射される。

【００８５】 θ５＝Ｔａｎ^-1（ｄ２／ｆ１） （１８）式 つまり、自動傾き補正される角度θ５は、（１８）式に
（１６）及び（１７）式を代入すると、 θ５＝Ｔａｎ^-1〔（ｙ２・Ｔａｎ（（ｎー１／ｎ）・θ１）〕／ｆ１ （１９）式 （１９）式より、測量機全体の傾き角度θ１と傾きを補
正された角度θ５は等しくなければならないので、θ１
＝θ５＝θと置くと、 ｆ１／ｙ２＝〔Ｔａｎ（（ｎー１／ｎ）・θ）〕／Ｔａｎθ （２０）式 となる。

【００８６】さらに、θの範囲が小さい（例えば１°以
下）とすると、下記の（２１）式で表される傾き補正の
条件式が導き出される。

【００８７】 ｙ２／ｆ１＝１／（ｎー１／ｎ） （２１）式 ここで、集光レンズ（第１の光学部材）１４と、レーザ
ー光Ｌ２によって形成される像（平均的結像点Ｌ２Ｐに
できる実像）を投影する凸レンズ（第２の光学部材）と
を同一の部材で構成しているので、集光レンズ１４から
結像点Ｌ１Ｐまでの距離ｂは、 ｂ＝ｆ１＋２・ｙ２＋２・ｙ３ （２２）式 でなければならない。ここで、ｙ３は、シリコンオイル
Ｃの深さで見かけ上ｙ３＝シリコンオイルＣの深さ／ｎ
となる。例えば、シリコンオイルＣの深さを３mmとし、
ｎ＝１．４としたとき、光学的な深さｙ３はｙ３＝Ｃ／
ｎ＝ほぼ２．１４３mmとなる。

【００８８】よって、ｙ２は、 ｙ２＝（ｂーｆ１ー２・ｙ３）／２ （２３）式 である。

【００８９】または、ｙ１は、 ｙ１＝ｂー（ｆ１＋ｙ２） （２４）式 である。（ｙ１も見かけ上のｙ３＝Ｃの深さ／ｎを考慮
したもの）シリコンオイルＣの屈折率ｎを１. ４に設定
したとき、（１５）、（２１）式より、 ｙ１／ｆ２＝２. ５ ｙ２／ｆ１＝１. ４５８３となる。 そして、集光レンズ１４の焦点距離ｆ１をｆ１＝１５m
m、凹レンズ１６の焦点距離ｆ２をｆ２＝１０mmに設定
すると、ｙ１、ｙ２はそれぞれｙ１＝２５mm、ｙ２＝２
１. ８７５mm となる。

【００９０】次に、（２３）式と（２４）式よりｙ３を
求めると、ｙ３＝（ｙ１ーｙ２）／２＝１. ５６３mm
となる。

【００９１】したがって、ｂは（２２）式より、ｂ＝６
１. ８７５mmとなり、ａもａ＝１９. ８mm と求めるこ
とができる。

【００９２】このようにして、（１５）式及び（２１）
式の傾き補正の条件式にあった具体的な構成を実現する
ことができる。

【００９３】上記第３の実施形態によれば、上記第１及
び第２の実施形態と同様に、測量機全体の傾き角度θ１
がそれぞれ補正された鉛直下方への光（レーザー光Ｌ
１′）と鉛直上方への光（レーザー光Ｌ２′）との両方
を同時に出射させることができるので、建物の内装作業
等で行なわれる墨出し作業に利用することができる。

【００９４】また、測量機の傾きを補正するためのパラ
メータの１つであるシリコンオイルＣの屈折率ｎをまず
最初に設定することができ、この設定後、残りのパラメ
ータ（１５）式及び（２１）式を満足するように（屈折
率ｎに応じて）設定すればよい。したがって、精度の高
い傾き補正を行なうことができる。

【００９５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明に係る測量機の自動傾き補正装置によれば、光源手段
からの光は、容器内の液体を透過した後、容器の上面又
は下面の他方に設けられた分離手段により上方向への光
と下方向への光とに分離されるので、上方と下方の両方
向へ光を出射させることができる。したがって、建物の
内装作業等で行なわれる墨出し作業に利用することがで
きる。

【００９６】請求項２記載の発明に係る測量機の自動傾
き補正装置によれば、透明な液体を現在あるものの中か
ら測量機の振動を減衰するのに必要な粘度を考慮して選
ぶことにより、測量機の傾きを補正するためのパラメー
タの１つである液体の屈折率をまず最初に設定すること
ができる。この設定後、測量機の傾きを補正するための
残りのパラメータ、即ち第１の拡大光学系及び第２の拡
大光学系の拡大倍率をそれぞれ液体の屈折率に応じて設
定すればよい。したがって、精度の高い傾き補正を行な
うことができる。

【００９７】請求項４記載の発明に係る測量機の自動傾
き補正装置によれば、集光光学部材が、両拡大光学系の
いずれか一方の一部の光学部材で構成されているので、
構成部材が少なくなり、製造コストを低減することがで
きる。

【００９８】請求項５記載の発明に係る測量機の自動傾
き補正装置によれば、透明な液体を現在あるものの中か
ら測量機の振動を減衰するのに必要な粘度を考慮して選
ぶことにより、測量機の傾きを補正するためのパラメー
タの１つである液体の屈折率をまず最初に設定すること
ができる。この設定後、測量機の傾きを補正するための
残りのパラメータ、即ち第２の光学部材の焦点距離と、
自由液面から上方向への光の結像点までの距離と、第３
の投影光学部材の焦点距離と、自由液面から下方向への
光の結像点までの距離とを液体の屈折率に応じて設定す
ればよい。したがって、精度の高い傾き補正を行なうこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はこの発明の第１の実施形態に係る測量機
の自動傾き補正装置を示す全体構成図である。

【図２】図２はこの発明の第２の実施形態に係る測量機
の自動傾き補正装置を示す全体構成図である。

【図３】図３はこの発明の第３の実施形態に係る測量機
の自動傾き補正装置を示す全体構成図である。

【図４】図４は従来の自動傾き補正装置を備えたレーザ
ー投光測量機の縦断面図である。

【図５】図５は図４のレーザー投光測量機が傾いた状態
を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１ レーザーダイオード（光源） ２ 透明容器（容器） ２ａ 上壁部（上面） ２ｂ 下壁部（下面） ３ ハーフプリズム（光路変更手段） ４ コリメータレンズ（集光光学部材） ５ ケプラー式望遠鏡（第１の拡大光学系） ６ ガリレオ式望遠鏡（第２の拡大光学系） １０ ハーフミラー（分離手段） １０′ ハーフミラー（分離手段） １４ 集光レンズ（第１の光学部材） １４ 凸レンズ（第２の光学部材） １６ 凹レンズ（第３の光学部材） Ｃ シリコンオイル（透明な液体） Ｃ′ 自由液面

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光を出射する光源手段と、 上面及び下面を備え、自由液面を有する透明な液体が収
   納された容器と、 前記光源手段からの光を前記容器の上面又は下面の一方
   へ向ける光路変更手段と、 前記容器の上面又は下面の他方に設けられ、前記容器の
   上面又は下面の一方と前記容器内の液体とを透過した前
   記光源手段からの光を上方向への光と下方向への光とに
   分離する分離手段とを備えていることを特徴とする測量
   機の自動傾き補正装置。
2. 【請求項２】 前記光源手段は光源と前記光源からの光
   を平行光にする集光光学部材とを備え、前記容器の上面
   から出射した前記上方向への光の傾きを拡大する第１の
   拡大光学系と、光軸を前記第１の拡大光学系の光軸と合
   致させて設けられ、前記容器の下面から出射した前記下
   方向への光の傾きを拡大する第２の拡大光学系とを備
   え、かつ、前記第１の拡大光学系からの出射光が上方向
   への鉛直光になりかつ前記第２の拡大光学系からの出射
   光が下方向への鉛直光になるように、前記両拡大光学系
   の拡大倍率をそれぞれ前記液体の屈折率に応じて設定し
   たことを特徴とする請求項１記載の自動傾き補正装置。
3. 【請求項３】 前記第１の拡大光学系をケプラー式望遠
   鏡で、前記第２の拡大光学系をガリレオ式望遠鏡でそれ
   ぞれ構成したことを特徴とする請求項２記載の自動傾き
   補正装置。
4. 【請求項４】 前記集光光学部材が、前記両拡大光学系
   のいずれか一方の一部の光学部材で構成されていること
   を特徴とする請求項２又は３記載の自動傾き補正装置。
5. 【請求項５】 前記光源手段からの光を集光して前記容
   器の上面又は下面の一方へ照射する第１の光学部材と、
   前記分離手段により分離された前記上方向への光により
   形成される像を投影する第２の光学部材と、光軸を前記
   第２の光学部材の光軸と合致させて設けられ、前記分離
   手段により分離された前記下方向への光により形成され
   る像を投影する第３の光学部材とを備え、前記第２の光
   学部材からの出射光が上方向への鉛直光になるように、
   前記第２の光学部材の焦点距離と、前記自由液面から前
   記上方向への光の平均的な結像点までの距離とを前記液
   体の屈折率に応じて設定し、かつ前記第３の光学部材か
   らの出射光が下方向への鉛直光になるように、前記第３
   の光学部材の焦点距離と、前記自由液面から前記下方向
   への光の平均的な結像点までの距離とを前記液体の屈折
   率に応じて設定したことを特徴とする請求項１記載の自
   動傾き補正装置。