JP3660805B2 - ビームスキャニング装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザビーム等の光を一定平面内で走査させるためのビームスキャニング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
水平線や垂直線の墨出しを行うためのレーザ測量装置などには、一般に、レーザビームを一定平面内で走査するためのビームスキャニング装置が組み込まれている。図9に、従来のビームスキャニング装置が組み込まれたレーザ測量装置の模式的断面図を示す。ハウジング81と同軸に形成された円筒形状のヘッド回転軸82は、このハウジング81の内部からその上端面を貫通して上方へ突出している。このヘッド回転軸82の下端部の外周面上にはギア90が固定されている。このギア90は、ギア87を介してモータ86に連通されている。従って、モータ86が回転されることにより、ギア87,90を介してモータ86に連通されたヘッド回転軸が回転される。
【0003】
また、このヘッド回転軸の上端部には、ペンタプリズム91を収容したヘッド部83が固定されている。このヘッド部83の側方には、ビーム出射窓83aが形成されている。さらに、ヘッド回転軸82の中間部には、このヘッド回転軸82の回転角を測定するための円盤形状を有するエンコーダ板88aがはめられている。このエンコーダ板88aの回転角に対応するコードパターンは、エンコーダセンサ部88bによって検出される。
【0004】
ハウジング81内の、ヘッド回転軸82の下方に固定されたレーザダイオードユニット84から鉛直方向に出射されたレーザビームL’は、ヘッド回転軸82内を通ってペンタプリズム91に入射する。レーザビームL’は、ペンタプリズム91によって90°反射されて、ヘッド部83のビーム出射窓83aから水平方向に出射される。また、ヘッド部83は、モータ86によるヘッド回転軸82の回転に伴って回転されるため、ビーム出射窓83aから出射されるレーザビームL’の出射方向も水平面内で回転される。従って、レーザビームL’が形成されるビーム像の軌跡による基準平面が形成される。
【0005】
また、全周方向に墨出しを行う必要がなく、一定範囲内で水平線を形成したい場合には、モータ86を反転駆動して一定角度範囲内でヘッド回転軸82を往復回転させることにより、レーザビームL’を一定範囲内で往復走査させる。このようにして、一定範囲内にレーザビームを集中させた、輝度の高い水平線を形成することができる。このとき、ヘッド回転軸82の回転角はエンコーダ板88aおよびエンコーダセンサ部88bによって検出され、図示せぬ制御手段により、モータ86の往復回転が制御されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
図10は、図9のB−B線に沿った横断面図である。上述したように、従来のビームスキャニング装置は、モータ86を反転駆動させることにより、レーザビームL’を往復走査させている。しかしながら、モータ86の反転駆動には加減速を伴うため、レーザビームL’の走査速度は形成されるべき水平線の端部付近では低下する。よって、壁面等に形成される水平線は、端部付近が明るく、中央部分が暗いものとなり、目視しづらいものとなってしまっていた。
【0007】
また、モータの反転駆動の際には、モータの始動/停止が繰り返される。このため、このような従来のビームスキャニング装置は消費電力量が大きいという問題があった。さらに、磨耗などによるモータの寿命の低下などの問題があった。そこで、レーザビームを反復走査させる際に、ビーム像の輝度を一定に保つことができ、しかも消費電力量の小さいビームスキャニング装置を提供することを、本発明の課題とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のビームスキャニング装置の第1の態様は、ビーム光を出射する光源と、この光源を通り且つこの光源から出射されるビーム光のビーム軸に直交する軸を有する筒部材と、前記筒部材の側面にはめ込まれ、前記筒部材の軸に垂直な方向にのみパワーを有する複数のレンズと、前記筒部材の軸を回転中心として回転することによって前記光源によるビーム光の出射方向を回転させる光学部材と、前記光学部材を回転させるためのモータとを備える。
【0009】
すなわち、本発明のビームスキャニング装置は、その側面にレンズがはめ込まれた筒部材の内部で光源から出射されたビーム光を回転させるものである。このビーム光が回転されることにより、ビーム光はレンズに入射し、屈折されるため、このビームによる像は、一定直線上を反復走査される。従って、従来のようにモータを反転駆動させることなくビーム光を反復走査することができるため、モータの反転駆動に起因するビーム像の輝度の不均一やモータの磨耗などを防ぐことができる。
【0010】
また、本発明のビームスキャニング装置は、ビーム光を出射する光源と、この光源を通り且つこの光源から出射されるビーム光のビーム軸に直交する軸を有する筒部材と、前記筒部材の側面にはめ込まれ、前記筒部材の軸に垂直な方向にのみパワーを有するレンズと、前記筒部材の軸を回転中心として回転することによって前記光源によるビーム光の出射方向を回転させる光学部材と、前記光源の前記光学部材又は前記筒部材を回転させるためのモータと、前記光源の前記光学部材および前記筒部材の両方またはいずれか一方のみが前記モータに連動されるよう切り替える切り替え手段とを備える。
【0011】
すなわち、第2態様のビームスキャニング装置は、切り替え手段により、光源の光学部材または筒部材の一方,或いはその両方を回転させるよう選択することができる。よって、第1態様と同様に、モータを反転駆動させることなく、所定範囲内でのビーム光の反復走査を行うことができると同時に、ビーム光を全周にわたって走査することもできる。
【0012】
なお、上記各態様のビームスキャニング装置は、前記レンズを前記軸に平行な方向のシリンダ軸を有するシリンドリカルレンズとしてもよい。このレンズは、単数であっても良いが、筒部材における同一円周上に複数のレンズを配置することによって、光源から出射されたレーザビームを効率良く筒部材外に向けて投射することができる。なお、レンズとしては、負レンズであっても良いが、正レンズとすれば、ビーム光に対するコリメータレンズの機能を兼ねさせることができる。
【0013】
モータに連動して回転する光源の光学部材は、半導体レーザ等の発光素子そのものであっても良いし、回転軸に沿って発光素子から出射されたビーム光を直角に反射させる反射部材であっても良い。後者の場合、光学部材として、ペンタプリズムを用いることができる。
【0014】
切替手段は、ギヤ列を介してモータに筒部材及び光学部材を連動させても良いし、ベルト等を介して連動させても良い。
【0015】
【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。
【0016】
図1は、本発明の実施形態によるビームスキャニング装置を組み込んだレーザ測量装置の模式的断面図である。この図1は、水平方向にレーザ走査するために、レーザ測量装置を鉛直方向に立てた状態を示している。また、図2は、図1のA−A線に沿った横断面図である。円筒形状を有するインナヘッド回転軸12は、略円筒状のハウジング11内に回転自在に取り付けられており、その上端部はハウジング11の上端面を貫通して上方へ突出している。インナヘッド回転軸12の上端部には、ペンタプリズム14を収容するインナヘッド部13が、インナヘッド回転軸12と同軸に固定されている。ペンタプリズム14は、インナヘッド回転軸12が回転されることにより、インナヘッド部13と共に回転されるよう、このインナヘッド部13内に固定されている。また、インナヘッド部11の側方にはビーム出射窓13aが形成されている。
【0017】
アウタヘッド回転軸15は、その内径がインナヘッド回転軸12の外径よりもやや大きい円筒形状を有している。このアウタヘッド回転軸15は、インナヘッド回転軸12の周囲を取り囲むようにハウジング11内に回転自在に取り付けられている。また、アウタヘッド回転軸15の長さはインナヘッド回転軸12よりも短く形成されているため、インナヘッド回転軸12の下端部は、アウタヘッド回転軸15の下端部よりもハウジング11の内方へ突出した状態となっている。
【0018】
アウタヘッド回転軸15の上端部には、中空の六角柱形状を有するアウタヘッド部16が、インナヘッド部13を囲繞するように固定されている。図2に示すように、アウタヘッド部16の側面の各面上には、6個のシリンドリカルレンズ23a,23b,23c,23d,34e,及び23fが、それぞれ固定されている。これら6枚のシリンドリカルレンズ23は、それぞれ、インナヘッド回転軸12に平行な向きのシリンダ軸を有している。従って、各シリンドリカルレンズ23は、水平方向のみにパワーを有する。
【0019】
このアウタヘッド回転軸15下端部の外周面上には、環状のギア19が固定されている。同様に、アウタヘッド回転軸15の下端部より突出したインナヘッド回転軸12の下端部の外周面上には、ギア19の外周と同径の外周を有する環状のギア20が固定されている。これら各ギア19,20は、それぞれ中継ギア18に噛合している。この中継ギア18は、ギア19またはギア20の一方のみ若しくは両方と同時に噛合されるように、図示せぬ制御手段により鉛直方向に上下に移動可能となっている。中継ギア18は、モータギア17を介してモータ22により回転されるため、この中継ギア18に噛合するインナヘッド回転軸12および/またはアウタヘッド回転軸15が回転される。
【0020】
ハウジング11内のインナヘッド回転軸12下方には、レーザビームLを出射するレーザダイオードユニット21が固定されている。このレーザダイオードユニット21から鉛直上方に出射され、図示せぬ光学素子により平行光に変換されたレーザビームLは、ペンタプリズム14により90°反射されて、ビーム出射窓13aから出射される。このレーザビームLは、図2に示すように、ビーム軸上に位置するシリンドリカルレンズ23aを透過してアウタヘッド部16の外方へ出射される。そして、図1に示す状態(中継ギア18が両ギア19,20に噛合した状態)でモータ22が回転されると、モータギア17および中継ギア18を介して、各ギア19,20が同方向に同速度で回転される。
【0021】
図3は、図1の状態でモータ22が回転されたときの、インナヘッド部13およびアウタヘッド部16の様子を説明するためのA−A線に沿った断面図である。図3に示すように、各ギア19,20が同時に回転されることにより、インナヘッド部13およびアウタヘッド部16が同角速度で回転される。これに伴い、ペンタプリズム14から水平方向に出射されたレーザビームLの出射方向もインナヘッド回転軸12の周りに回転され、このレーザビームLのビーム像の軌跡により水平面が形成される。
【0022】
図4は、全周方向のレーザ走査を行わずに、一定範囲内での水平線をこのレーザビームLにより形成するときの、レーザ測量装置の断面図である。まず、この図4に示すように、図示せぬ制御手段により中継ギア18を上方にスライドさせる。すると、中継ギア18は、アウタヘッド回転軸15に固定されたギア19にのみ噛合される。従って、モータ22の回転によりアウタヘッド部16のみが回転され、インナヘッド部13は静止したままの状態となる。このときの、インナヘッド部13およびアウタヘッド部23のA−A線に沿った横断面図を図5に示す。
【0023】
まず、モータ22が回転されると、モータギア17,中継ギア18を介してアウタヘッド回転軸15が回転される。アウタヘッド回転軸15の回転に伴い、アウタヘッド部16は図5(a)のx方向に回転される。すると、レーザ出射窓13aから出射されたレーザビームLはシリンドリカルレンズ23aの一方の端部に入射する。そして、レーザビームLはシリンドリカルレンズ23aによりa方向に屈折されてアウタヘッド部16の外方に出射される。アウタヘッド部16の回転に伴い、シリンドリカルレンズ23aによるレーザビームLの屈折角θは小さくなり、図5(b)に示すように、レーザビームLがシリンドリカルレンズ23aの中央部を通過するとき(すなわち、レーザビームLのビーム軸とシリンドリカルレンズ23aのシリンダ軸が直交するとき)、レーザビームLはシリンドリカルレンズ23aにより屈折されずに、直進してb方向に出射される。
【0024】
アウタヘッド部16がさらに回転されると、図5(c)に示すように、レーザビームLはa方向とは反対向きのc方向に屈折される。そして、アウタヘッド部16がさらにx方向に回転されて、次のシリンドリカルレンズ23bが図5(a)のシリンドリカルレンズ23aの位置に移動すると、このシリンドリカルレンズ23bによって、レーザビームLは同様にa方向に屈折されて出射される。すなわち、図6の横断面図に示すように、アウタヘッド部16のみがx方向に回転されることにより、レーザビームLは各シリンドリカルレンズ23a〜23fによって順次屈折され、a方向→b方向→c方向→a方向→・・・のように出射方向を一定角速度で変化させる。このため、レーザビームLは、壁面等に一定範囲内での水平線を、ほぼ均一輝度で投射することができる。
【0025】
さらに、図7のレーザ測量装置の断面図に示すように、図示せぬ制御手段により中継ギア18を下方にスライドさせる。すると、中継ギア18はインナヘッド回転軸12に固定されたギア20にのみ接続される。従って、モータ22が回転されるとインナヘッド部13のみが回転され、アウタヘッド部16は静止したままの状態となる。このときの、インナヘッド部13およびアウタヘッド部23のA−A線に沿った横断面図を、図8に示す。
【0026】
モータ22の回転により、インナヘッド部13は、モータギア17,中継ギア18を介してインナヘッド回転軸12と共に、図8のx方向に回転される。このとき、レーザビームLの出射方向もインナヘッド部13の回転に伴い水平面内で回転しながら、各シリンドリカルレンズ23a〜23fに順次入射する。レーザビームLは、各シリンドリカルレンズ23a〜23fによって順次屈折され、それぞれの光軸方向に沿って出射される。すると、レーザビームLは、各シリンドリカルレンズ23の光軸方向に一定長さの水平線をそれぞれ投射する。従って、例えばシリンドリカルレンズ23の数を4とし、各シリンドリカルレンズ23をアウタヘッド部16の側面上に互いに等間隔に設けた場合には、十字方向に4本の水平線を形成することができる。
【0027】
このように、本実施形態においては、水平方向にレーザビームLを出射するインナヘッド部13の周囲に複数のシリンドリカルレンズ23を等間隔に配置し、これら複数のシリンドリカルレンズ23をのみをレーザビームLのビーム軸を含む面内で一定方向に回転させることにより、一定範囲内でのレーザビームLの反復走査を行っている。このため、モータを反転駆動することなくレーザビームの反復走査を行うことができるので、モータの加減速に伴うビーム像の輝度の不均一を防ぐことができる。しかも、モータを反転する必要がないので、消費電力量を減少することができ、モータの磨耗を防ぐことができる。
【0028】
また、本実施形態においては、インナーヘッド部13と側面に複数のシリンドリカルレンズ23を備えるアウタヘッド部16のモータ22への接続を中継ギア18によって切り替えている。これにより、全周方向にレーザビームを走査させることが可能であるとともに、一定範囲内でのレーザビームの反復走査も行うことができる。
【0029】
【発明の効果】
本発明によれば、モータを反転駆動させることなくレーザビームを一定範囲内で反復走査することができるため、レーザビーム像の輝度を常に均一に保つことができるビームスキャニング装置を提供することができる。また、モータ駆動のための消費電力量を減少させることができ、モータの磨耗を少なく抑えることができるビームスキャニング装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態によるビームスキャニング装置が組み込まれたレーザ測量装置の断面図
【図2】 図1のA−A線に沿った断面図
【図3】 図1の状態のレーザ測量装置において、モータ22が回転されたときのレーザビームLの出射方向を説明するための、A−A線に沿った横断面図
【図4】 図1の状態から中継ギア18を上方にスライドさせたときの、レーザ測量装置の断面図
【図5】 図4の状態のレーザ測量装置において、モータ22が回転されたときのレーザビームLの出射方向を説明するための、A−A線に沿った横断面図
【図6】 図4の状態のレーザ測量装置において、モータ22が回転されたときのレーザビームLの出射方向を説明するための、A−A線に沿った横断面図
【図7】 図1の状態から中継ギア18を下方にスライドさせたときの、レーザ測量装置の断面図
【図8】 図7の状態のレーザ測量装置において、モータ22が回転されたときのレーザビームLの出射方向を説明するための、A−A線に沿った横断面図
【図9】 従来技術のビームスキャニング装置が組み込まれたレーザ測量装置の断面図
【図10】 従来技術の問題点を説明するための、図9のB−B線に沿った横断面図
【符号の説明】
12 インナヘッド回転軸
13 インナヘッド部
14 ペンタプリズム
15 アウタヘッド回転軸
16 アウタヘッド部
17 モータギア
18 中継ギア
19,20 ギア
21 レーザダイオードユニット
22 モータ
23 シリンドリカルレンズ
Claims (3)
- ビーム光を出射する光源と、
この光源を通り且つこの光源から出射されるビーム光のビーム軸に直交する軸を有する筒部材と、
前記筒部材の側面にはめ込まれ、前記筒部材の軸に垂直な方向にのみパワーを有する複数のレンズと、
前記筒部材の軸を回転中心として回転することによって前記光源によるビーム光の出射方向を回転させる光学部材と、
前記光学部材を回転させるためのモータと
を備えるビームスキャニング装置。 - ビーム光を出射する光源と、
この光源を通り且つこの光源から出射されるビーム光のビーム軸に直交する軸を有する筒部材と、
前記筒部材の側面にはめ込まれ、前記筒部材の軸に垂直な方向にのみパワーを有するレンズと、
前記筒部材の軸を回転中心として回転することによって前記光源によるビーム光の出射方向を回転させる光学部材と、
前記光源の前記光学部材又は前記筒部材を回転させるためのモータと、
前記光源の前記光学部材および前記筒部材の両方またはいずれか一方のみが前記モータに連動されるよう切り替える切り替え手段と
を備えるビームスキャニング装置。 - 前記レンズは前記軸に平行な方向のシリンダ軸を有するシリンドリカルレンズである
請求項1または請求項2に記載のビームスキャニング装置。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP21323798A Expired - Fee Related JP3660805B2 (ja) | 1998-07-28 | 1998-07-28 | ビームスキャニング装置 |
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- 1998-07-28 JP JP21323798A patent/JP3660805B2/ja not_active Expired - Fee Related
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