JP3623885B2 - レーザ測量装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザビームによる基準線を所定の面に対して水平方向または垂直方向に投射するレーザ測量装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、土木、建築などの分野では、水平線や垂直線の墨出しを行うためのレーザ測量装置(いわゆるレーザプレーナ)が使用されている。このレーザ装置はレーザ光を出射する投光部を回転させてこのレーザ光を周方向に走査し、レーザ光の軌跡によって壁面などの被投射面に垂直または水平方向の基準線を投射するものである。
【0003】
図11は、従来のレーザ測量装置の構成を示す断面図である。この図11は、水平方向へのレーザ光走査を行うためにレーザ測量装置を鉛直方向に立てた状態を示している。ハウジング81内に納めされた鏡筒82は、レーザ測量装置の中心軸に沿ってその全体を貫通する中空のレーザ光光路82bとこのレーザ光光路82bから直角に分岐した中空のレーザ光光路82aとから構成されている。レーザ光光路82a内には、その端面側からレーザダイオード83,アナモプリズム84が固定されている。そして、レーザ光光路82aおよび82bの交点には、直角プリズム85が固定されている。
【0004】
レーザ光光路82b内には、図11において直角プリズム85から上方に向かって、前群レンズ86および後群レンズ87が固定されている。
【0005】
鏡筒82の上端部には、ペンタプリズム89が納められた略円筒状の回転投光部88が、レーザ光光路82bに直交する面内で回転自在に固定されている。この回転投光部88の上端面および側方には、それぞれ開口部が形成されている。
【0006】
このような構成のレーザ測量装置において、レーザ光光路82a端面に固定されたレーザダイオード83からレーザビームL10が出射されると、そのレーザビームL10は直角プリズム85において回転投光部88側に90゜屈曲され、前群レンズ86および後群レンズ87を透過してペンタプリズム89に入射する。ペンタプリズム89に入射したレーザビームL10は、第1反射面89aおよびこの第1反射面に対して45゜傾いた第2反射面89bによって漸次反射される。そして、第1反射面89aおよび第2反射面89bで反射されたレーザビームL11は、光入射面89dに対して直角をなしている光出射面89cから出射される。
【0007】
また、第1反射面89aには部分反射膜が形成されている。従って、一部のレーザビームL12がこの第1反射面89aを透過し、この第1反射面89a上に固定された楔形プリズム90を透過して回転投光部88上端面の開口部から出射される。
【0008】
そして、回転投光部88がレーザ光光路82bに直交する面内で回転されることにより、レーザビームL11は、回転投光部88の回転軸を中心に回転する。従って、この回転軸に直交する基準平面がレーザビームL11により形成される。また、回転投光部88の上端から出射されるレーザビームL12は天井などに測量基準点などを示すための基準スポットを形成する。
【0009】
このように、レーザ測量装置から出射されたレーザビームL11は、壁面などに基準平面を形成するため、正確に水平に出射される必要がある。同様に、天井等に基準スポットを形成するレーザビームL12も正確に鉛直に出射される必要がある。よって、レーザ測量装置の使用時には、レーザビームL11が正確に水平方向に出射されるように、整準作業を行う必要がある。
【0010】
以下、レーザビームL11が正確に水平に出射されるための整準機構を説明する。鏡筒82の上端側には、半球面形状を有する膨出部91が形成されており、ハウジング81内に形成された摺動孔81a内に当接した状態で保持されている。鏡筒82のハウジング81に対する保持は、この部分の接触によってのみなされているので、摺動孔81a内で膨出部91の半球面部分を回転させることにより、鏡筒82全体をあらゆる方向に傾動させることができる。
【0011】
また、ハウジング81内には、レベル調整用モータ98によって回転されるスクリュー97が設けられている。このスクリュー97には、ナット99が螺合されている。このナット99はスクリュー97の回転に伴って上下動される。ナット99の外面には、作動ピン101が突出形成されている。作動ピン101には膨出部91に形成された駆動アーム96と連通するピン100が接触しており、これにより、膨出部91のX方向(紙面内での回転方向)の回転が規制されている。
【0012】
さらに、鏡筒82内において直角プリズム85の下方には、鏡筒82のX方向の傾きを検出するX方向のチルトセンサ103が固定されている。このチルトセンサ103によって検知された傾きに応じてレベル調整用モータ98の回転制御が行われ、これによって、スクリュー97が回転される。するとこのスクリュー97の回転に伴ってナット99が上下動され、作動ピン101およびピン100を介して連通された膨出部91がX方向に回転される。なお、X方向のチルトセンサの側方には、Y方向(図面中鉛直方向に沿って紙面に直交する面内での回転方向)の傾きを検出するY方向のチルトセンサ102が固定されている。また、図面中には示されていないが、ハウジング81内には、チルトセンサ102によって検出されるY方向の傾きの大きさに応じて、膨出部91のY方向の回転を規制するための機構もX方向と同様に設けられている。このようにして、鏡筒82が常に鉛直方向を向くように、すなわち、レーザビームL11が常に水平に出射されるように調整される。従って、レーザビームL11は常に正確な基準面を形成することができる。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来のレーザ測量装置の構造では、レーザビームL11を水平に出射させるための整準作業は、レベル調整用モータ98やスクリュー97,ナット99等を用いて鏡筒82を傾けることにより行われている。このために、レーザ測量装置の構造が複雑になってしまうという問題があった。
【0014】
また、鏡筒の傾きが変化すると、チルトセンサ102,103の測定値は計測可能に安定するまで一定の時間がかかる。このため、従来のように鏡筒82を傾けることによる調整を行った場合、鏡筒82の傾きが変化する度にチルトセンサ102,103の測定値が安定するのを待たなければならない。このため、整準作業を行うために長時間を要していた。
【0015】
そこで、整準のための構造を簡単にすることができ、しかも整準作業を短時間で行うことができるレーザ測量装置を提供することを、本発明の課題とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明のレーザ測量装置の第1の態様は、レーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザビームを平行ビームにするコリメータレンズと、前記コリメータレンズを保持する鏡筒と、前記レーザ光源を前記レーザービームのビーム軸に直交する面内で移動させるために前記鏡筒に取り付けられたレーザ光源移動手段と、前記鏡筒の水平面に対する傾斜角を前記水平面上における直交する二方向において夫々検出する水平センサと、前記水平センサによって検出された各方向における前記傾斜角の大きさに応じて、前記コリメータレンズを透過したレーザビームのビーム軸を所定方向に向けるために必要な前記レーザ光源の移動量を、前記レーザビームのビーム軸に直交する面内における直交する二方向において夫々算出し、算出された各方向における移動量に応じて前記レーザ光源移動手段を駆動制御する制御手段とを備える。
【0017】
すなわち、第1態様のレーザ測量装置は、水平センサによって検出された鏡筒の水平からの傾きの大きさに応じてレーザ光源の位置を変化させている。すると、コリメータレンズを透過した平行ビームのビーム軸の向きを変化させることができる。従って、従来のように、鏡筒を傾ける複雑な整準機構を設ける必要がないため、レーザ測量装置の構造を簡素化することができる。また、第1態様のレーザ測量装置では、レーザ光源の位置を移動させることによってのみビーム軸の向きを調節しているので、レーザ測量装置全体の向きを変える必要がない。よって、水平センサの測定値は常に一定であるので、従来のように、水平センサの測定値が安定するまでの時間を要しない。よって、整準作業の時間を短縮することができる。
【0018】
また、上記課題を解決するための本発明のレーザ測量装置の第2の態様は、レーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザビームを平行ビームにするコリメータレンズと、前記コリメータレンズを保持する鏡筒と、前記コリメータレンズを前記レーザビームのビーム軸に直交する面内で移動させるために前記鏡筒に取り付けられたコリメータレンズ移動手段と、前記鏡筒の水平面に対する傾斜角を前記水平面上における直交する二方向において夫々検出する水平センサと、前記水平センサによって検出された各方向における前記傾斜角の大きさに応じて、前記コリメータレンズを透過したレーザビームのビーム軸を所定方向に向けるために必要な前記コリメータレンズの移動量を、前記レーザビームのビーム軸に直交する面内における直交する二方向において夫々算出し、算出された各方向における移動量に応じて前記コリメータレンズ移動手段を駆動制御する制御手段とを備える。
【0019】
すなわち、第2態様のレーザ測量装置では、コリメータレンズの位置をレーザ光源に対して移動させることによりビーム軸の向きの調整を行っている。これにより、第1態様と同様、レーザ測量装置の構造を簡素化することができ、しかも整準作業の時間を短縮することができる。
【0020】
上記各態様のレーザ測量装置は、前記コリメータレンズを透過したレーザビームを90゜偏向する反射部材と、前記反射部材を回転させることによりこの反射部材によって偏向されたレーザビームの出射方向を一定平面内で回転させる回転手段とをさらに備えるものであってもよい。このとき、前記反射部材はペンタプリズムであってもよい。
【0021】
また、上記態様のレーザ測量装置は、前記レーザ光源から出射されたレーザビームを2以上の分離したレーザビームに分割するビーム分割手段と、前記ビーム分割手段によって分割されたレーザビームのうちの1つを集光する集光レンズと、前記集光レンズの焦点面上に配置され、前記集光レンズによって集光されたレーザビームの入射位置を検知する光位置検出手段とをさらに備え、前記制御手段は前記レーザ光源またはコリメータレンズの移動量を前記光位置検出手段に入射した前記レーザビームの入射位置の変化量から算出するものであってもよい。
【0022】
このような構成のレーザ測量装置を採用すれば、レーザ光源またはコリメータレンズの移動量を、ビーム分割手段により分割されたビームの光位置検出素子への入射位置の変化量に対応させて検出することができる。よって、ビーム軸の向きをより精密に調整することができる。このとき、前記ビーム分割手段は入射光の一部を透過するとともに残りを反射するビームスプリッタであってもよいし、前記光位置検出手段は2次元ポジション・センシティブ・ディテクタ(PSD)であってもよい。
【0023】
上記構成のレーザ測量装置は、前記ビーム分割手段によって分割されたレーザビームの他の1つを90゜偏向する反射部材と、前記反射部材を回転させることによりこの反射部材によって偏向されたレーザビームの出射方向を一定平面内で回転させる回転手段とをさらに備えるものであってもよい。このとき、前記反射部材はペンタプリズムであってもよい。また、このとき、前記水平センサによって検出される傾斜角は前記ビーム分割手段によって分割され前記反射部材に入射するレーザビームのビーム軸の鉛直に対する傾きに対応するものであってもよい。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。
【0025】
<第1実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態によるレーザ測量装置を構成する投光装置の構成を示す断面図である。この図1は、水平方向へのレーザ光走査を行うためにレーザ測量装置を鉛直方向に立てたときの投光装置の状態を示している。
【0026】
投光装置11は、レーザ測量装置のハウジング(図示せず)内に固定された鏡筒14と、ベアリング19を介して鏡筒14に回転自在かつ同軸に保持された回転投光部15とから構成されている。鏡筒14には、その機械軸lz(回転投光部15の回転軸に一致)に沿ったレーザ光光路14bと、このレーザ光光路14bに直交するレーザ光光路14aとが、形成されている。また、回転投光部15には、レーザ光光路14bに連通するとともにその回転軸と同軸に形成された中空のレーザ光光路15a,およびこのレーザ光光路15aに連通するとともに端面方向および側方に開口を有するペンタプリズム収納部15bが、形成されている。
【0027】
(レーザ出射光学系)
鏡筒14内のレーザ光光路14aおよび14bの交点には、ビーム分割手段としてのビームスプリッタ24が固定されている。また、このレーザ光光路14aの一方の端部には、レーザ光源移動手段としてのLDアクチュエータ34が固定されている。このLDアクチュエータ34は、レーザ光光路14aに対して垂直な面内で2次元的に移動されるように構成されたXYステージである。このLDアクチュエータ34には、レーザダイオード21が固定されているため、このレーザダイオード21は、レーザ光光路14aに直交する面内で2次元的に移動可能となっている。
【0028】
また、このレーザダイオード21とビームスプリッタ24との間には、コリメータレンズ22およびアナモプリズム23が固定されている。さらに、回転投光部15のペンタプリズム収容部15bには、ペンタプリズム27および楔形プリズム30が固定されている。
【0029】
レーザ光源としてのレーザダイオード21は、レーザビームL0を出射する。コリメータレンズ22は、レーザダイオード21から出射されたレーザビームL0を平行光にするレンズである。また、アナモプリズム23は、コリメータレンズ22を透過したレーザビームL0の断面形状を真円形に修正するための光学素子である。
【0030】
ビームスプリッタ24内には、レーザビームL0のビーム軸に対してペンタプリズム27側に45゜傾いた、部分透過膜24aが形成されている。この部分透過膜24aは、70〜80%の反射率を有するため、レーザビームL0の20〜30%を透過させるとともに残りのレーザ光を反射する特性を有している。従って、アナモプリズム23を透過したレーザビームL0の70〜80%がペンタプリズム27側へ反射される。
【0031】
このビームスプリッタ24を反射したレーザビームL1は、レーザ光光路14b内に固定された前群レンズ25および後群レンズ26に入射する。これら前群レンズ25および後群レンズ26は、入射されたレーザビームL1のビーム径を拡大するビームエキスパンダを構成する。
【0032】
後群レンズ26を透過したレーザビームL1が入射するペンタプリズム27は、回転投光部15のペンタプリズム収容部15b内に、この回転投光部15と一体に回転するように固定されている。このペンタプリズム27は、レーザビームL1が入射する光入射面27cと、この光入射面27cに対して22.5゜傾いているとともにこの光入射面27cから入射したレーザ光を反射する第1反射面27aと、この第1反射面27aに対して45゜傾いているとともにこの第1反射面27aで反射されたレーザ光を再度反射する第2反射面27bと、光入射面27cに対して直角をなしているとともに第2反射面27bで反射されたレーザビームL3を出射する光出射面27dとを有している。なお、第2反射面27bには、図示せぬ増反射膜がアルミニウム蒸着によって形成されているので、この第2反射面27bにおいてレーザ光は100%内面反射する。一方、第1反射面27aには、反射率が70〜80%の部分透過膜が形成されている。従って、20〜30%のレーザビームL2がこの第1反射面27aを透過し、楔形プリズム30を通って投光装置12の上端から出射される。
【0033】
ペンタプリズム27の光出射面27dから出射されたレーザビームL3は、ペンタプリズム収容部15bの側方に開口した投光用窓15c,および図示せぬハウジングの窓を透過して出射される。このようにして出射されたレーザビームL3は、回転投光部15ごとペンタプリズム27がレーザビームL1に直交する面内で回転することにより、壁面などに垂直または水平方向の基準線を投射する。
【0034】
(回転機構)
次に、回転投光部15を鏡筒14に対して回転させるための機構を説明する。ベアリング19を介して鏡筒14に対して回転自在に接続された回転投光部15の外周面には、ギア35が固定されている。一方、鏡筒14の上端面には、外方に向けて突出させたブラケット36が設けられている。このブラケット36には、投光部回転用モータ37が固定されており、この投光部回転用モータ37の回転軸に取り付けられたピニオン38が回転投光部15のギア35に噛み合っている。この投光部回転用モータ37を回転させることにより、投光用窓15cから出射されるレーザ光L3の出射方向が回転投光部15の回転軸を中心に回転するので、この回転軸に直交する基準平面が形成される。
【0035】
(整準機構)
図2は、図1のレーザ測量装置10における整準機構を説明するための、鏡筒14内に固定された各部材の一部を示す図である。上述のように、レーザビームL3によって壁面などに垂直または水平方向の基準線を投射するためには、レーザビームL3の出射方向が正確に調整されている必要がある。例えば、図1の状態においては、水平方向の基準線を投射するレーザビームL3が正確に水平に投射されなければならない。以下、このようなレーザビームL3の出射方向を調整するための整準機構を、図1および図2を用いて説明する。
【0036】
鏡筒14のレーザ光光路14aのレーザダイオード21に対向する端面には、光位置検出手段としての2次元ポジション・センシティブ・ディテクタ(以下、「PSD」という)29が、その受光面をビームスプリッタ24側に向けて固定されている。また、レーザ光光路14a内の2次元PSD29とビームスプリッタ24との間には、集光レンズ28が固定されている。この集光レンズ28と2次元PSD29との間の距離は、集光レンズ28の焦点距離f2に等しい。よって、レーザダイオード21から出射され、ビームスプリッタ24に入射したレーザビームL0のうち、部分透過膜24aを透過した20〜30%のレーザビームL4は、集光レンズ28を透過して2次元PSD29上に集光される。2次元PSD29は、光の入射位置を検出する機器である。2次元PSDへのレーザビームL4の入射位置は、この2次元PSD29の各出力端子から出力される電流比に基づいて算出される。なお、この2次元PSD29の各出力端子は制御部33に接続されている。
【0037】
また、鏡筒14のレーザ光光路14bの下端部には、x方向(図2の紙面内での回転方向)における水平からの傾きを検出するチルトセンサ31(水平センサ)が固定されている。そして、チルトセンサ31の側方には、y方向(鉛直方向l0に沿って紙面に直交する面内での回転方向)の水平からの傾きを検出するチルトセンサ32が固定されている。チルトセンサ31,32は気泡管内の気泡の位置変化を電気抵抗変化としてとらえて電気信号に変換することにより水平からの傾きを検出するものである。すなわち、チルトセンサ31,32の上面には、それぞれ2個の電極(図示せず)がx方向またはy方向に対象な位置関係で設けられているとともに、その下面全域には共通の電極が受けられている。従って、各チルトセンサ31,32内で気泡の位置が変化するとこれら上面上の各電極と共通電極との間の静電容量の比が変化する。各チルトセンサ31,32はこれら各電極を介して制御部33に接続されており、各電極に生じる静電容量同士の比の変化から鏡筒14の傾きの変化量が算出される。さらに、レーザダイオード21の位置を移動させるためのLDアクチュエータ34も制御部33に接続されている。
【0038】
図2の状態では、図示せぬ測定装置が用いられることにより、レーザビームL3が正確に水平に出射され、レーザビームL1が鉛直方向l0に出射されるように、鏡筒14の向きが調整されているものとする。なお、このとき、レーザビームL1のビーム軸と、鏡筒14の機械軸lzは完全に一致しているものとする。このときのチルトセンサ31,32の測定値,およびレーザビームL4の2次元PSD29への入射位置は、初期値として制御部33へ記憶される。このときの、レーザビームL4の2次元PSD29への入射位置のPSD中心座標a0からのx方向における距離をa1とする。ここで、鏡筒機械軸lzと鉛直方向l0とは完全に一致した状態であるので、各チルトセンサ31,32による測定値は、鏡筒14の機械軸lzが鉛直であるときの値を示すが、鏡筒機械軸lzとレーザビームL1のビーム軸との位置関係によっては、この測定値が必ずしも鉛直時の値を示す必要はない。
【0039】
図3は、図2の状態からペンタプリズム27の光出射面27dから出射されたレーザビームL3のビーム軸が水平からx方向に+Δω゜傾いたとき、すなわちレーザビームL1のビーム軸が鉛直から+Δω゜傾いた状態を示している(図3のx方向において、時計方向の向きを+としている)。このとき、鏡筒14の機械軸lzも同様に図2の状態から鉛直方向l0に対して+Δω゜傾いた状態となっているため、チルトセンサ31の測定値も初期値から+Δω゜の傾きに相当する値だけ変化する。
【0040】
すると、制御部33によりチルトセンサ31の測定値が読み込まれる。制御部33は、チルトセンサ31の測定値からレーザビームL1のビーム軸の傾斜量+Δω゜を算出する。それに応じて、LDアクチュエータ34が駆動制御され、レーザビームL1のビーム軸が鉛直になるように、レーザダイオード21が、x方向(すなわち図面の上下方向)に1次元的に移動される。図4に、レーザダイオード21が移動されることによって、レーザビームL1のビーム軸が鉛直になるように調整された様子を示す。レーザビームL1が鉛直方向l0に出射されるよう調整するためには、レーザダイオード21から出射されるレーザビームL0のビーム軸を、コリメータレンズ22の光軸に対して+Δω゜だけ傾斜させる必要がある。レーザビームL0のビーム軸が、コリメータレンズ22の光軸に対して+Δω゜傾斜されたとき、x方向におけるレーザビームL4の2次元PSD29への入射位置の初期値a1からのズレ量bは、b=f2tan(+Δω゜)となる。従って、制御部33は、2次元PSD29によって測定されたレーザビームL4の入射位置を常にモニタしながらLDアクチュエータ34を駆動制御し、2次元PSD29に入射するレーザビームL4の入射位置の中心座標a0からのx方向のズレがa1+b=a1+f2tan(+Δω゜)となるように、レーザダイオード21の位置を移動させるのである。このときのレーザダイオードの移動量c1は、c1=f1tan(+Δω)(但し、f1はコリメータレンズの焦点距離)で表される。これにより、レーザビームL1のビーム軸は、図3の状態から−Δω゜だけ傾斜されて鉛直方向l0を向くようになる。従って、回転投光部13から出射されるレーザビームL3のビーム軸が水平になるよう調整される。
【0041】
なお、ここでは、チルトセンサ31によって検出される、レーザビームL1のビーム軸の傾きのx方向の調整のみについて説明したが、チルトセンサ32によって検出されるy方向のビーム軸の調整も、同様にして行われる。
【0042】
すなわち、本実施形態のレーザ測量装置では、レーザビームL3によって形成される基準平面の水平からの傾きに応じてレーザダイオード21の位置を調整することによりレーザビームL3の出射方向を調整している。また、レーザダイオード21の位置を移動させたときの各ビーム軸の向きの変化を、コリメータレンズ22の光軸上に設置した2次元PSD29へのレーザビームL4の入射位置によって監視している。このため、レーザダイオード21の僅かな移動量を高精度に調整することができる。
【0043】
このように、本実施形態のレーザ測量装置は、レーザダイオード21を同一平面内で移動させることにより整準を行っているので、従来のように鏡筒全体を傾けるための複雑な構造を必要としない。このため、レーザ測量装置の構造を簡単にすることができる。また、本実施形態のレーザ測量装置は、整準の際に鏡筒11をハウジングに対して傾ける必要がないため、整準作業の途中でチルトセンサ31,32の測定値が変化することもない。よって、従来のように、チルトセンサの測定値が安定するための時間を必要としないので、整準作業を短時間に行うことができる。
【0044】
<第2実施形態>
本実施形態のレーザ測量装置は、レーザダイオード21の位置を移動させる代わりにコリメータレンズ22の位置を移動させることによってレーザビームL1のビーム軸の向きを調整して整準を行うことを特徴とし、他の部分を第1実施形態と同一とする。
【0045】
図5に、第2実施形態のレーザ測量装置における整準機構およびレーザ出射光学系の一部を示す。この図5は、図示せぬ測定装置が用いられることにより、ペンタプリズム27の光出射面27dから出射されるレーザビームL3のビーム軸が水平となるように調整されている状態、すなわちレーザビームL1のビーム軸が鉛直方向l0を向くように調整されている状態を示す。レーザ光源としてのレーザダイオード41は、レーザ光光路14aの端部に固定されている。レーザダイオード41とビームスプリッタ24との間には、コリメータレンズ移動手段としてのコリメータレンズアクチュエータ44が固定されている。コリメータレンズアクチュエータ44はレーザ光光路14aに対して垂直な面内で移動されるXYステージである。このコリメータレンズアクチュエータ44には、コリメータレンズ42が固定されているため、このコリメータレンズ42は、レーザ光光路14aに直交する面内で2次元的に移動可能となっている。
【0046】
制御部43は、チルトセンサ31,32,2次元PSD29,およびコリメータレンズアクチュエータ44に接続されており、チルトセンサ31,32から出力された信号からレーザビームL1のビーム軸の鉛直方向l0からの傾きを計算し、この傾きの量に応じてコリメータレンズアクチュエータ44を駆動制御してコリメータレンズ42の位置を移動させる。このとき、制御部43は、レーザビームL4の2次元PSD29への入射位置を監視し、この入射位置の移動量がコリメータレンズ42の移動されるべき量に相当するように、コリメータレンズアクチュエータ44の駆動制御を行っている。
【0047】
以下、本実施形態のレーザ測量装置の整準機構の動作を説明する。まず、図5の状態ではレーザビームL1のビーム軸は鉛直方向l0を向くように調整されている。第1実施形態と同様、このとき、レーザビームL1のビーム軸と鏡筒14の機械軸lzとは完全に一致しているものとする。このときのチルトセンサ31,32の測定値,およびレーザビームL4の2次元PSD29への入射位置は、初期値として制御部43へ記憶される。このときの、レーザビームL4の2次元PSD29への入射位置のPSD中心a0からのx方向の距離をa2とする。図6は、ペンタプリズム27から出射されるレーザビームL3のビーム軸が図5の状態からx方向に+Δω゜傾いたとき、すなわち、レーザビームL1のビーム軸が鉛直方向l0に対してx方向に+Δω゜傾いた状態を示している。このとき、鏡筒14の機械軸lzも同様に、鉛直方向l0に対してx方向に+Δω゜傾いた状態であるため、チルトセンサ31の測定値も+Δω゜相当変化する。
【0048】
すると、制御部43によりチルトセンサ31の測定値が読み込まれる。制御部43は、チルトセンサ31の測定値からレーザビームL1の鉛直方向l0に対する傾斜量(+Δω゜)を算出する。それに応じて、コリメータレンズアクチュエータ44が駆動制御される。すなわち、ビームスプリッタ24の部分透過膜24aへのレーザビームL0の入射角が図6の状態に対して+Δω゜だけ小さくなるように、コリメータレンズ42の位置が移動される。
【0049】
図7に、コリメータレンズアクチュエータ44によってコリメータレンズ42の位置が移動された様子を示す。レーザビームL1が鉛直方向に出射されるためには、部分透過膜24aに入射するレーザビームL0のビーム軸の向きを、集光レンズ28の光軸に対して+Δω゜だけ傾斜させる必要がある。レーザビームL0のビーム軸の向きが+Δω゜傾斜されると、部分透過膜24aを透過して2次元PSD29に入射するレーザビームL4のビーム軸も+Δω゜だけ傾斜される。このとき、集光レンズ28によって集光されたレーザビームL4の2次元PSD29への入射位置の初期値a2からの変化量bは、b=f2tan(+Δω゜)となる。従って、制御部43は、2次元PSD29から出力されたレーザビームL4の入射位置を常に監視しながらコリメータレンズアクチュエータ44を駆動制御する。これにより、2次元PSD29に入射するレーザビームL4の入射位置のx方向の座標のPSD中心a0からのズレ量がa2+b=a2+f2tan(+Δω゜)となるように、コリメータレンズ42の位置がx方向に沿って移動されるのである。このときの、コリメータレンズ42の移動量c2は、c2=f1tan(+Δω゜)で表される。このようにして、レーザビームL1のビーム軸が鉛直方向l0となり、回転投光部15から出射されるレーザビームL3のビーム軸が水平となるように調整される。
【0050】
このように、本実施形態では、ビームスプリッタ24を透過するレーザビームL4の2次元PSD29への入射位置を常に監視しながら、コリメータレンズ42の位置を移動させることにより、整準作業を行っている。従って、第1実施形態と同様、レーザ測量装置の構造を従来よりも簡単にすることができる。また、本実施形態のレーザ測量装置は、第1実施形態と同様、整準作業を従来よりも短時間で行うことができる。
【0051】
<第3実施形態>
図8に本発明の第3実施形態におけるレーザ測量装置の整準機構およびレーザ出射光学系の一部を示す。本第3実施形態は、鉛直方向にレーザ走査するために、鏡筒14を図1の状態に対して90゜回転させて用いられる場合に適用される。
【0052】
x方向(紙面内での回転方向)のチルトセンサ51は、レーザビームL1のビーム軸方向が水平方向となるように、図1の状態に対してx軸方向に90゜回転された状態で固定されている。そして、第1実施形態と同様、チルトセンサ51は、LDアクチュエータ33や2次元PSD29とともに制御部53に接続されている。
【0053】
以下、本実施形態のレーザ測量装置の整準機構の動作を説明する。まず、制御部53は、図8のように、レーザ光L1のビーム軸が水平方向l0’となるように調整されているときの、チルトセンサ51の測定値と2次元PSD29へのレーザビームL4の入射位置を記憶する。なお、このとき、レーザビームL1のビーム軸と鏡筒14の機械軸lz’とは完全に一致しているものとする。このとき、レーザビームL4の2次元PSD29への入射位置のPSD中心a0からのx方向における距離をa3とする。そして、図9に示すように、レーザビームL1のビーム軸が水平方向l0’から+Δω゜ずれた場合には、2次元PSD29へのレーザビームL4のx方向の入射位置のPSD中心a0からの距離がa3+f2tan(+Δω)となるように、LDアクチュエータ33を駆動させてレーザダイオード21の位置を移動させる。このようにして、レーザビームL1のビーム軸が図9の状態より−Δω゜移動されて水平方向l0’を向くように調節することができる(図10参照)。
【0054】
このように、本実施形態では、鉛直方向のレーザ走査を行うために、レーザ測量装置を水平方向に向けて使用する場合でも、第1実施形態と同様にレーザダイオード21の位置を移動させることにより、レーザビームL0のビーム軸の向きを傾斜させて、レーザビームL1のビーム軸が水平になるように調整することができる。
【0055】
【発明の効果】
本発明によれば、複雑な整準機構を必要とせず、レーザ測量装置の構造を簡素化することができる。また、整準作業を短時間で行うことができるレーザ測量装置を提供することができる。
【0056】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態によるレーザ測量装置の構造を示す断面図
【図2】本発明の第1実施形態によるレーザ測量装置の整準機構を説明するための図
【図3】図2においてレーザビームL1のビーム軸が+Δω゜傾いた状態を示す図
【図4】図3の状態において整準作業が行われた状態を示す図
【図5】本発明の第2実施形態によるレーザ測量装置の整準機構を説明するための図
【図6】図5においてレーザビームL1のビーム軸が+Δω゜傾いた状態を示す図
【図7】図6の状態において整準作業が行われた状態を示す図
【図8】本発明の第3実施形態によるレーザ測量装置の整準機構を説明するための図
【図9】図8においてレーザビームL1のビーム軸が+Δω゜傾いた状態を示す図
【図10】図9の状態において整準作業が行われた状態を示す図
【図11】従来技術のレーザ測量装置の構造を示す断面図
【符号の説明】
21,41 レーザダイオード
22,42 コリメータレンズ
24 ビームスプリッタ
27 ペンタプリズム
28 集光レンズ
29 2次元PSD
31,32,51,52 チルトセンサ
33,43,53 制御部
34 LDアクチュエータ
44 コリメータレンズアクチュエータ
L0,L1,L3,L4 レーザ光
l0 鉛直方向
l0’ 水平方向
lz 鏡筒機械軸
Claims (10)
- レーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されたレーザビームを平行ビームにするコリメータレンズと、
前記コリメータレンズを保持する鏡筒と、
前記レーザ光源を前記レーザービームのビーム軸に直交する面内で移動させるために前記鏡筒に取り付けられたレーザ光源移動手段と、
前記鏡筒の水平面に対する傾斜角を前記水平面上における直交する二方向において夫々検出する水平センサと、
前記水平センサによって検出された各方向における前記傾斜角の大きさに応じて、前記コリメータレンズを透過したレーザビームのビーム軸を所定方向に向けるために必要な前記レーザ光源の移動量を、前記レーザビームのビーム軸に直交する面内における直交する二方向において夫々算出し、算出された各方向における移動量に応じて前記レーザ光源移動手段を駆動制御する制御手段と
を備えるレーザ測量装置。 - レーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されたレーザビームを平行ビームにするコリメータレンズと、
前記コリメータレンズを保持する鏡筒と、前記コリメータレンズを前記レーザビームのビーム軸に直交する面内で移動させるために前記鏡筒に取り付けられたコリメータレンズ移動手段と、
前記鏡筒の水平面に対する傾斜角を前記水平面上における直交する二方向において夫々検出する水平センサと、
前記水平センサによって検出された各方向における前記傾斜角の大きさに応じて、前記コリメータレンズを透過したレーザビームのビーム軸を所定方向に向けるために必要な前記コリメータレンズの移動量を、前記レーザビームのビーム軸に直交する面内における直交する二方向において夫々算出し、算出された各方向における移動量に応じて前記コリメータレンズ移動手段を駆動制御する制御手段と
を備えるレーザ測量装置。 - 前記コリメータレンズを透過したレーザビームを90゜偏向する反射部材と、
前記反射部材を回転させることによりこの反射部材によって偏向されたレーザビームの出射方向を一定平面内で回転させる回転手段と
をさらに備える請求項1または請求項2に記載のレーザ測量装置。 - 前記反射部材はペンタプリズムである
請求項3記載のレーザ測量装置。 - 前記レーザ光源から出射されたレーザビームを2以上の分離したレーザビームに分割するビーム分割手段と、前記ビーム分割手段によって分割されたレーザビームのうちの1つを集光する集光レンズと、前記集光レンズの焦点面上に配置され、前記集光レンズによって集光されたレーザビームの入射位置を検知する光位置検出手段とをさらに備え、
前記制御手段は前記レーザ光源またはコリメータレンズの移動量を前記光位置検出手段に入射した前記レーザビームの入射位置の変化量から算出する
請求項1または請求項2に記載のレーザ測量装置。 - 前記ビーム分割手段は入射光の一部を透過するとともに残りを反射するビームスプリッタである
請求項5記載のレーザ測量装置。 - 前記光位置検出手段は2次元ポジション・センシティブ・ディテクタ(PSD)である
請求項5記載のレーザ測量装置。 - 前記ビーム分割手段によって分割されたレーザビームの他の1つを90゜偏向する反射部材と、
前記反射部材を回転させることによりこの反射部材によって偏向されたレーザビームの出射方向を一定平面内で回転させる回転手段と
をさらに備える請求項5記載のレーザ測量装置。 - 前記反射部材はペンタプリズムである
請求項8記載のレーザ測量装置。 - 前記水平センサによって検出される傾斜角は前記ビーム分割手段によって分割され前記反射部材に入射するレーザビームのビーム軸の鉛直に対する傾きに対応する
請求項8または請求項9に記載のレーザ測量装置。
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