JP3761693B2 - Reference plane setting device - Google Patents

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裕幸 土金
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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、測量作業に用いられる測量機器にかかり、特に、2本の平行光線束で基準平面を設定する基準平面設定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来は、水準儀とポールとを用いていた水準測量も、近年は基準平面設定装置が使用されるようになってきた。
【0003】
基準平面設定装置はレーザープレーナとも呼ばれるが、一般的には、測定範囲内の基準となる場所に基準平面設定装置本体を置き、鉛直に整準された回転軸線を中心としてレーザー光を回転させ、墨付け作業を行いたい壁や柱等の近くに立った作業者が、壁やポール等にできるレーザスポットを観察したり、受光器の測定値を読みとって、水準面の設定を行なうために使用される装置であり、水準儀とポールを使用する場合に比べると、測量作業従事者が一人で足りる点で優れている。
【0004】
また、基準平面設定装置は、主に建築構造物内等で壁、柱等に水準面を設定することに用いられているが、近年では、前記水準面に垂直な上下の2方向に2本の垂直レーザー光を射出して、床から天井までに亘って鉛直線を設定できる基準平面設定装置も用いられるようになってきた。
【0005】
このような従来技術の基準平面設定装置の構造を、図3を用いて簡単に説明すると、従来技術の基準平面設定装置200は、ケーシング201を備えている。該ケーシング201は、円筒203を備えており、該円筒203は、レーザダイオード205と、第1ハーフプリズム206と、第2ハーフプリズム207と、第1ミラー208と、ハーフミラー209と、第2ミラー210とを備えている。
【0006】
前記レーザダイオード205は、前記第1ハーフプリズムにレーザ光221を照射するように配置され、前記第1ハーフプリズム206と前記第2ハーフプリズム207と前記ハーフミラー209とは回転軸線202上に配置され、前記円筒203がモータ204によって回転軸線202の回りに回転すると、一緒に回転するように構成されている。
【0007】
前記レーザ光221が前記第1ハーフプリズム206に照射されると、半分は反射され、レーザ光222となって、前記ハーフミラー209に照射される。
【0008】
残りの半分は前記第1ハーフプリズム206を透過し、更に前記第2ハーフプリズム207を透過し、レーザ光223となって前記第1ミラー208に照射され、前記第1ミラー208で反射され、前記第2ハーフプリズム207に戻されて、該第2ハーフプリズム207と前記第1ハーフプリズム206との境界で、光量の1/2が前記回転軸線202の鉛直下方方向に反射され、垂直下方レーザー光227として前記ケーシング201の窓213から装置の外部に射出される。
【0009】
一方、前記レーザ光222が前記ハーフミラー209に照射されると、更にその半分(レーザ光221の1/4光量)は透過して、垂直上方レーザー光225として前記ケーシング201の窓221から前記回転軸線202に沿って垂直上方方向に照射される。
【0010】
残りの半分(同1/4光量)は前記ハーフミラー209で反射され、更に第2ミラー210で反射され、水平レーザー光226として、前記回転軸線202に垂直に窓211から照射される。
【0011】
前記円筒203にはモーター204が取付けられているので、整準装置(図示せず)により前記回転軸線202を鉛直に整準し、前記回転軸線202を中心として前記円筒203を回転させると、前記ハーフプリズム209と前記第2ミラー210も前記回転軸線202を中心として回転し、従って、前記水平レーザー光226は一の水準面内で回転するので、これにより水準面を設定できる。
【0012】
このとき、前記垂直上方レーザー光225が天井に当たってできるスポットと、前記垂直下方レーザー光227が床に当たってできるスポットとは、前記回転軸線202上に位置しており、前記円筒203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。
【0013】
しかしながら従来技術の基準平面設定装置200では、前記レーザダイオード205が射出したレーザー光を2本に分割し、そのうちの一本を更に2本に分割して水平レーザー光と垂直上方レーザー光としている。従って、水平レーザー光は1本だけであり、以下のような種々の問題があった。
【0014】
即ち、レーザー光の回転する角速度が一定であれば、測定対象物との距離に比例して、測定対象物上のレーザースポットの移動速度が速くなるので、遠距離になるにつれ、受光器の受光光量が減少し、視認性が悪化してしまう。
【0015】
視認性については、観測者の資質による個人差や熟練度等の違いによる相違はあるが、7mmφの径のレーザー光を1mWの出力強度で照射した場合には、レーザスポットの移動速度は30m/秒が観察可能な限界速度であり、それ以上の速度になると測量作業を行うことは困難である、といわれている。
【0016】
この移動速度を距離に換算してみると、例えばレーザー光が回転する角速度を360度/秒であるとすると、測定対象物と基準平面設定装置の距離が4.8mである場合に相当する。
【0017】
従って、この距離以上の測定対象物については、レーザー光の出力強度、角速度、ビーム径のいずれかを調節して、視認性を確保する必要がある。
【0018】
レーザー光の出力強度を調節して視認性を確保しようとする場合には、距離の大きさに応じて出力強度を上げなけらばならない。しかしながら安全基準上、レーザー光の単位面積あたりの出力強度には限界値が設定されており、視認性の向上にも一定の限界がある。特に、上述したような従来技術の基準平面設定装置では、前記レーザダイオード105から射出される水平レーザー光の光強度を1とした場合、垂直下方レーザー光の光強度が1/2であるのに、垂直上方レーザー光と水平レーザー光とは各々1/4となってしまい、遠方まで到達しなければならない水平レーザー光の光強度が弱く、また、水平レーザー光の光強度だけを強くすることは不可能である。
【0019】
レーザー光の回転する角速度を調節してレーザスポットの移動速度を一定に保って視認性を向上させる場合には、距離の長さに比例して角速度を小さくしなければならない。しかしながら角速度を小さくすると、レーザスポットが観察できる周期が長くなってしまう。
【0020】
一般には、測定精度や作業上の必要から、観測者は測定対象物上のレーザスポットを複数回観察確認して基準平面設定作業を行うため、周期が長くなると測定に要する時間が長くなり、基準平面設定作業の作業性が著しく低下してしまう。
【0021】
レーザー光の径を大きくした場合には見やすくはなるが、観測者がレーザスポット中のいずれの箇所をもって基準平面と定めるかに誤差を生じ易く、また、受光器を使用した場合でも、受光面が大きくなるため、基準面の設定精度が低下する虞がある。従って、レーザー光等の照射光の径を大きくするだけでは実用的な解決手段にならない。
【0022】
そこで、出願人は特願平5−104510号に記載するような基準平面設定装置を提案した。
【0023】
図4(a)は、この基準平面設定装置の光学系の側面図であり、図4(b)は上面図である。図4(a)、(b)を参照し、基準平面設定装置101は、発光手段109とディスク102とを備えており、前記ディスク102は、図示しないモータを備えた回転手段によって回転軸線108を中心に回転させられる。前記発光手段109は前記回転軸線108上に配置されており、該発光手段109の射出するレーザー光131の光軸は前記回転軸線108と一致するようにされている。
【0024】
前記ディスク102に前記回転軸線108と交差する穴103が開けられており、該穴103上に第1ビームスプリッタ141が配置され、その側方には第2ビームスプリッタ142が配置されている。
【0025】
前記第1ビームスプリッタ141はハーフプリズムから構成されており、前記第2ビームスプリッタ142は3つの三角プリズムから構成されている。
【0026】
前記レーザ光131が前記穴103を介して前記第1ビームスプリッタ141に照射されると、レーザ光131の1/2光量は反射され、レーザ光1340となって前記第2ビームスプリッタに照射され、残りの半分(同1/2光量)は透過して、垂直レーザ光132となって前記回転軸線108に沿って上方に照射される。
【0027】
前記レーザ光1340が前記第2ビームスプリッタ142に照射されると、その半分(同1/4光量)は、該第2ビームスプリッタ142を透過して第1水平レーザ光1341となって、窓1121から射出される。残りの半分は前記第2ビームスプリッタ142で反射されて第2水平レーザ光1342となって、窓1122から前記第1レーザ光1341とは逆方向に射出される。
【0028】
そして、前記ディスク102が前記回転軸線108の回りに回転すると、該ディスク102上に配置された前記第1ビームスプリッタ141と前記第2ビームスプリッタ142も回転し、前記第1水平レーザ光1341と前記第2水平レーザ光1342も、前記回転軸線108の回りに回転するので、前記回転軸線108を鉛直に整準しておけば、前記2本のレーザ光1341、1342とで、一つの水準面を設定することができる。
【0029】
図示のように、前記2本のレーザ光1341、1342を使用すれば、同一測定点に入射する照射光の単位時間当りの光量を増大させることができる。
【0030】
しかしながら、上記したような基準平面設定装置101では、逆方向に向かう2本のレーザ光を形成するために、第1ビームスプリッタ141と第2ビームスプリッタ142との2つのビームスプリッタを必要とする。
【0031】
しかも、前記第2ビームスプリッタ142は、前記回転軸線108上に配置できないため、重心が回転軸線上に位置せず、重量バランスが悪いためにスムーズな回転が得られないという不都合があった。このため、該ディスク102上に重量バランサーを固定して、重量バランスを調整していたが、この調整作業は煩雑である。
【0032】
また、前記ディスク102は、少なくとも2つのビームスプリッタを配置できる大きさを必要とするので、装置の小型化にも一定の限界があった。
【0033】
【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、2本の平行光線束を射出できる小型の基準平面設定装置を提供することを課題とする。
【0034】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、一の直線と直角な平面に平行な第1平行光線束と第2平行光線束とを射出し、前記第1平行光線束と前記第2平行光線束とを前記一の直線を回転軸線として回転させて基準平面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と、前記一次平行光線束を前記第1平行光線束と前記第2平行光線束に分割するビーム分割手段と、前記発光手段と前記ビーム分割手段とを前記回転軸線を中心に同期回転させる回転手段とを備えたものにおいて、前記発光手段と前記ビーム分割手段とを前記回転軸線上に配置すると共に、前記一次平行光線束は直線偏光光であり、前記ビーム分割手段は、偏光ビームスプリット面と、1/4波長板と、反射ミラーとを有しており、前記ビームスプリット面の主軸は前記一次平行光線束の偏光面に対して45°を成し、前記ビームスプリット面に前記一次平行光線束が45°の角度で入射するように配置され、前記1/4波長板の主軸は、前記ビームスプリット面を透過した直線偏光光の偏光面に対して45°を成すように配置され、前記反射ミラーは、前記1/4波長板を透過した光を反射して該1/4波長板に戻すように配置されたことを特徴とする。
【0035】
同じ光軸を有する2本の平行光線束を回転軸線と直角な平面に平行に射出し、前記回転軸線が鉛直になるように整準し、前記回転軸線を中心として前記2本の平行光線束を回転させれば、前記2本の平行光線束で一つの基準平面を張ることができる。
【0036】
前記発光手段と前記ビーム分割手段とを前記回転軸線上に配置しておけば、重心が前記回転軸線上に位置するので、前記回転を円滑に行なうことができる。
【0037】
更に、前記一次平行光線束に直線偏光光を使用し、前記ビーム分割手段に、偏光ビームスプリット面と、1/4波長板と、反射ミラーとを設け、該ビームスプリット面の主軸が前記一次平行光線束の偏光面に対して45°を成し、且つ、前記一次平行光線束が前記ビームスプリット面に45°の角度で入射するように配置し、前記1/4波長板を、該1/4波長板の主軸が前記ビームスプリット面を透過した直線偏光光の偏光面に対して45°を成すように配置し、前記反射ミラーを、前記1/4波長板を透過した光を反射して該1/4波長板に戻すように配置すれば、少ない光学部品点数で前記2本の平行光線束を作ることができる。
【0038】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【0039】
図1を参照し、2は基準平面設定装置であり、有底円筒6内に発光手段5が設けられており、該有底円筒6の開口部10にはビームスプリット手段16が設けられている。前記有底円筒6は、筺体8にベアリング7を介して回転可能に保持されており、図示しないモーターによって該有底円筒6の中心軸線を回転軸線9として回転し得るように構成されている。
【0040】
前記発光手段5は、レーザ発光ダイオード3とコリメーションレンズ4とから成っており、前記レーザ発光ダイオード3は、前記有底円筒6の底部の前記回転軸線9と交差する位置に固定され、前記コリメーションレンズ4は、前記有底円筒6内の、前記レーザ発光ダイオード3と前記ビームスプリット手段16との間に配置されている。
【0041】
前記ビームスプリット手段16は、偏光ビームスプリッター12と、1/4波長板13と、反射ミラー14とから成っており、前記コリメーションレンズ4は、前記レーザダイオード3の射出するレーザ光L'を平行光とし、一次平行光線束L0として前記偏光ビームスプリッター12に照射するように構成されている。
【0042】
前記コリメーションレンズ4の中心と前記レーザ発光ダイオード3の発光面の中心とは、前記回転軸線9上に位置するように配置されているので、前記一次平行光線束L0の光軸11は前記回転軸線9と一致する。また、前記レーザ光L'は直線偏光光であるので、前記一次平行光線束L0も直線偏光光となり、一定の偏光面を有している。
【0043】
前記ビームスプリッター12は、ビームスプリット面15を有しており、該ビームスプリット面15は、図2(a)に示すように、前記一次平行光線束L0が45°の角度で入射するように配置されている。該ビームスプリット面15の主軸は、前記一次平行光線束L0の偏光面と45°の角度を成すように配置されおり、前記一次平行光線束L0が前記ビームスプリット面15に照射されると、半分は反射されて第1平行光線束L1となり、残りの半分は透過されてビームスプリット面透過光M1となる。
【0044】
前記ビームスプリット面15で前記一次平行光線束L0が反射される際、偏光面は45°傾けられるので、前記第1平行光線束L1の偏光面は前記ビームスプリット面15の主軸と直角になる。また、前記一次平行光線束L0が透過される際、偏光面は前記第1平行光線束とは逆向きに45°傾けられるので、前記ビームスプリット面透過光M1の偏光面は、前記ビームスプリット面15の主軸と平行になる。従って、偏光面を光の進行方向を基準として見た場合、前記第1平行光線束L1の偏光面と前記ビームスプリット面透過光M1の偏光面とは互いに90°の角度を成すことになる。
【0045】
また、前記ビームスプリット面透過光M1の光路上には、前記1/4波長板13と前記反射ミラー14が順に配置されているので、前記ビームスプリット面透過光M1は前記1/4波長板13に照射され、該1/4波長板13を透過して1/4波長板透過光M2となって前記反射ミラー14に照射され、反射光M3となる。前記ビームスプリット面透過光M1は直線偏光光であるから、前記1/4波長板透過光M2と、前記反射光M3とは円偏光光となる。
【0046】
なお、前記反射ミラー14に替え、図2(b)のように、三角プリズム18を使用することも可能である。
【0047】
前記反射光M3が前記1/4波長板13の裏面に照射されると、前記1/4波長板13を透過して1/4波長板再透過光M4となる。前記反射光M3は円偏光光であるので、前記1/4波長板再透過光M4は直線偏光光となる。また、前記1/4波長板13の主軸は、前記ビームスプリット面透過光M1の偏光面に対して45°を成すように配置されており、前記ビームスプリット面透過光M1が前記1/4波長板13に照射され、該1/4波長板13を表と裏から2回透過して前記1/4波長板再透過光M4となっているので、前記1/4波長板再透過光M4の偏光面は前記ビームスプリット面透過光M1の偏光面から90°傾けられている。その場合、前記ビームスプリット面透過光M1の偏光面は前記ビームスプリット面の主軸と平行になっているので、前記1/4波長板再透過光M4の偏光面は前記ビームスプリット面15の主軸と直角になり、前記1/4波長板再透過光M4は前記ビームスプリット面15で全反射され、第2平行光線束L2となる。従って、前記第1平行光線束L1と前記第2平行光線束L2の光量は略等しくなる。なお、前記第2平行光線束L2の偏光面は、前記第1平行光線束L1の偏光面と平行になる。
【0048】
また、前記1/4波長板13と前記反射ミラー14とは、前記一次平行光線束L0の光軸11と垂直になるように配置されているので、前記ビームスプリット面透過光M1と前記1/4波長板透過光M2と前記反射光M3と前記1/4波長板再透過光M4との光軸とは、前記一次平行光線束L0の光軸11と一致する。
【0049】
更に、前記ビームスプリット面15は、前記一次平行光線束L0が45°の角度で入射するように配置されているので、前記1/4波長板再透過光M4は、前記ビームスプリット面15の裏面に45°の角度で入射する。従って、前記第1平行光線束L1と前記第2平行光線束L2の光軸同一であり、共に前記一次平行光線束L0の光軸11(回転軸線9)と垂直に交差する。
【0050】
従って、前記基準平面設定装置2を整準して前記回転軸線9を鉛直にし、前記回転軸線9を中心に前記有底円筒6を回転させれば、前記第1平行光線束L1と前記第2平行光線束L2とで、一つの水準面を張ることができる。
【0051】
その際、前記第1平行光線束L1と前記第2平行光線束L2との光軸17は前記回転軸線9と直角に交差しているので、前記有底円筒6を一定速度で回転させれば、測定点には一定周期でレーザスポットが作られる。
【0052】
また、前記発光手段5と前記ビーム分割手段16とは前記回転軸線9上に位置しているので、該回転軸線9上に重心が存し、前記有底円筒6の回転が円滑である。
【0053】
但し、測定点に一定周期で平行光線束を入射させるためには、前記発光手段5と前記ビーム分割手段16とは、必ずしも前記回転軸線9上に配置されている必要はなく、前記第1平行光線束L1と前記第2平行光線束L2との光軸が、前記回転軸線と交差していればよい。
【0054】
【発明の効果】
平行光線束を一本だけしか使用しない基準平面設定装置に比べ、単位時間あたりに測定対象物に平行光線束が照射される回数が2倍になり、測量作業の能率が向上する。
【0055】
また、重心を回転軸線上に位置させることができるので、回転運動が円滑になり、少ない光学部品で構成できるため、装置を小型にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明装置の一例
【図2】 その光学原理を説明するための図
【図3】 従来の基準平面設定装置の断面図
【図4】 従来の他の基準平面設定装置の光学系を示す図
【符号の説明】
2……基準平面設定装置 5……発光手段 9……回転軸線
13……1/4波長板 14……反射ミラー
15……偏光ビームスプリット面 16……ビーム分割手段
0……一次平行光線束 L1……第1平行光線束
2……第2平行光線束
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a surveying instrument used for surveying work, and more particularly to a reference plane setting device that sets a reference plane with two parallel light bundles.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a leveling device using a leveling instrument and a pole has also been used in recent years with a reference plane setting device.
[0003]
The reference plane setting device is also called a laser planar, but in general, the reference plane setting device main body is placed at a reference location within the measurement range, and the laser beam is rotated around a vertically leveled rotation axis. Used by workers standing near the walls and pillars to be inked, to observe the laser spot on the walls and poles, and to read the measured values of the receiver and set the level. Compared to using a standard and a pole, this system is superior in that it requires only one surveying worker.
[0004]
In addition, the reference plane setting device is mainly used for setting level surfaces on walls, columns, etc. in a building structure or the like, but in recent years, two reference plane setting devices are provided in two directions, upper and lower, perpendicular to the level surface. A reference plane setting device capable of emitting a vertical laser beam and setting a vertical line from the floor to the ceiling has come to be used.
[0005]
The structure of such a conventional reference plane setting device will be briefly described with reference to FIG. 3. The conventional reference plane setting device 200 includes a casing 201. The casing 201 includes a cylinder 203. The cylinder 203 includes a laser diode 205, a first half prism 206, a second half prism 207, a first mirror 208, a half mirror 209, and a second mirror. 210.
[0006]
The laser diode 205 is disposed to irradiate the first half prism with laser light 221, and the first half prism 206, the second half prism 207, and the half mirror 209 are disposed on a rotation axis 202. When the cylinder 203 is rotated around the rotation axis 202 by the motor 204, it is configured to rotate together.
[0007]
When the laser beam 221 is applied to the first half prism 206, half of the laser beam 221 is reflected and becomes a laser beam 222 that is applied to the half mirror 209.
[0008]
The other half passes through the first half prism 206, further passes through the second half prism 207, becomes laser light 223, is irradiated on the first mirror 208, is reflected by the first mirror 208, and Returning to the second half prism 207, at the boundary between the second half prism 207 and the first half prism 206, ½ of the light amount is reflected in the vertically downward direction of the rotation axis 202, and the vertically lower laser beam is reflected. 227 is injected from the window 213 of the casing 201 to the outside of the apparatus.
[0009]
On the other hand, when the laser beam 222 is applied to the half mirror 209, another half (1/4 light amount of the laser beam 221) is further transmitted, and is rotated as the vertically upper laser beam 225 from the window 221 of the casing 201. Irradiated vertically upward along the axis 202.
[0010]
The remaining half (the same ¼ light amount) is reflected by the half mirror 209, further reflected by the second mirror 210, and irradiated as horizontal laser light 226 from the window 211 perpendicular to the rotation axis 202.
[0011]
Since the motor 204 is attached to the cylinder 203, when the rotation axis 202 is leveled vertically by a leveling device (not shown) and the cylinder 203 is rotated around the rotation axis 202, the cylinder 203 is The half prism 209 and the second mirror 210 also rotate about the rotation axis 202, and therefore the horizontal laser beam 226 rotates within one level plane, so that the level plane can be set.
[0012]
At this time, the spot that the vertical upper laser beam 225 hits the ceiling and the spot that the vertical lower laser beam 227 hits the floor are located on the rotation axis 202 and move even when the cylinder 203 rotates. Therefore, a vertical line can be set by connecting the two spots.
[0013]
However, in the reference plane setting device 200 of the prior art, the laser light emitted from the laser diode 205 is divided into two, and one of them is further divided into two to be a horizontal laser beam and a vertically upward laser beam. Therefore, there is only one horizontal laser beam, and there are various problems as follows.
[0014]
That is, if the angular velocity of rotation of the laser beam is constant, the moving speed of the laser spot on the measurement object increases in proportion to the distance to the measurement object. The amount of light is reduced and visibility is deteriorated.
[0015]
Regarding visibility, although there are differences due to differences in individual abilities and proficiency levels depending on the qualities of the observer, when a laser beam with a diameter of 7 mmφ is irradiated at an output intensity of 1 mW, the moving speed of the laser spot is 30 m / Seconds are the observable limit speed, and it is said that it is difficult to perform surveying work at speeds higher than that.
[0016]
When this moving speed is converted into a distance, for example, if the angular speed at which the laser beam rotates is 360 degrees / second, this corresponds to the case where the distance between the measurement object and the reference plane setting device is 4.8 m.
[0017]
Therefore, it is necessary to ensure the visibility of a measurement object longer than this distance by adjusting any of the output intensity, angular velocity, and beam diameter of the laser beam.
[0018]
In order to ensure the visibility by adjusting the output intensity of the laser beam, the output intensity must be increased according to the distance. However, for safety standards, a limit value is set for the output intensity per unit area of the laser beam, and there is a certain limit to improving the visibility. In particular, in the conventional reference plane setting apparatus as described above, when the light intensity of the horizontal laser light emitted from the laser diode 105 is 1, the light intensity of the vertically lower laser light is ½. The vertical upper laser beam and the horizontal laser beam become 1/4 each, the light intensity of the horizontal laser light that must reach far is weak, and it is only possible to increase the light intensity of the horizontal laser light Impossible.
[0019]
In order to improve visibility by adjusting the angular velocity of rotation of the laser beam to keep the moving speed of the laser spot constant, the angular velocity must be reduced in proportion to the length of the distance. However, if the angular velocity is reduced, the period in which the laser spot can be observed becomes longer.
[0020]
In general, due to measurement accuracy and work requirements, the observer observes and confirms the laser spot on the object to be measured multiple times and performs the reference plane setting work. The workability of the plane setting work is significantly reduced.
[0021]
When the diameter of the laser beam is increased, it becomes easier to see, but it is easy for the observer to determine which point in the laser spot is the reference plane, and even if a receiver is used, the light receiving surface is Since it becomes large, there exists a possibility that the setting precision of a reference plane may fall. Therefore, simply increasing the diameter of the irradiation light such as laser light is not a practical solution.
[0022]
Therefore, the applicant has proposed a reference plane setting device as described in Japanese Patent Application No. 5-104510.
[0023]
4A is a side view of the optical system of the reference plane setting device, and FIG. 4B is a top view. 4 (a) and 4 (b), the reference plane setting device 101 includes a light emitting means 109 and a disk 102. The disk 102 has a rotational axis 108 by a rotating means having a motor (not shown). Rotated to the center. The light emitting means 109 is disposed on the rotation axis 108, and the optical axis of the laser beam 131 emitted from the light emitting means 109 is made to coincide with the rotation axis 108.
[0024]
A hole 103 that intersects the rotational axis 108 is formed in the disk 102, a first beam splitter 141 is disposed on the hole 103, and a second beam splitter 142 is disposed on the side thereof.
[0025]
The first beam splitter 141 is composed of a half prism, and the second beam splitter 142 is composed of three triangular prisms.
[0026]
When the laser beam 131 is applied to the first beam splitter 141 through the hole 103, ½ light amount of the laser beam 131 is reflected and becomes the laser beam 134 0 and applied to the second beam splitter. The remaining half (1/2 light amount) is transmitted and becomes vertical laser light 132 and irradiated upward along the rotation axis 108.
[0027]
When the laser beam 134 0 is irradiated to the second beam splitter 142, half (the 1/4 amount) is a first horizontal laser beam 134 1 is transmitted through the second beam splitter 142, It is emitted from the window 112 1. The other half is a second horizontal laser beam 134 2 is reflected by the second beam splitter 142, through the windows 112 2 and 1 the first laser beam 134 is emitted in the opposite direction.
[0028]
When the disc 102 is rotated around the rotational axis 108, the disc 102 wherein arranged on the first beam splitter 141 a second beam splitter 142 is also rotated, 1 and the first horizontal laser beam 134 Since the second horizontal laser beam 134 2 also rotates around the rotation axis 108, if the rotation axis 108 is leveled vertically, the two laser beams 134 1 and 134 2 are equal to each other. Two levels can be set.
[0029]
As shown in the figure, when the two laser beams 134 1 and 134 2 are used, the light amount per unit time of the irradiation light incident on the same measurement point can be increased.
[0030]
However, the reference plane setting apparatus 101 as described above requires two beam splitters, the first beam splitter 141 and the second beam splitter 142, in order to form two laser beams traveling in opposite directions.
[0031]
In addition, since the second beam splitter 142 cannot be disposed on the rotation axis 108, the center of gravity is not located on the rotation axis, and the weight balance is poor, so that smooth rotation cannot be obtained. For this reason, a weight balancer is fixed on the disk 102 to adjust the weight balance, but this adjustment work is complicated.
[0032]
Further, since the disk 102 needs to be large enough to arrange at least two beam splitters, there has been a certain limit to downsizing the apparatus.
[0033]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention was created in view of the above disadvantages of the prior art, and an object of the present invention is to provide a small reference plane setting device capable of emitting two parallel light beams.
[0034]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention emits a first parallel light beam and a second parallel light beam that are parallel to a plane perpendicular to one straight line, and the first parallel light beam and the second parallel light beam. A reference plane setting device for setting a reference plane by rotating a bundle with the one straight line as a rotation axis, a light emitting means for generating a primary parallel ray bundle, and the primary parallel ray bundle as the first parallel ray bundle. And a beam splitting means for splitting into the second parallel light flux, and a rotating means for synchronously rotating the light emitting means and the beam splitting means about the rotation axis, the light emitting means and the beam splitting And the first parallel light beam is linearly polarized light, and the beam splitting means has a polarization beam splitting surface, a quarter wavelength plate, and a reflection mirror. The beam split Is arranged so that the primary parallel light beam is incident on the beam splitting surface at an angle of 45 ° with respect to the plane of polarization of the primary parallel light beam. The main axis is disposed so as to form 45 ° with respect to the polarization plane of the linearly polarized light transmitted through the beam split plane, and the reflection mirror reflects the light transmitted through the quarter-wave plate to It is arranged so as to return to the four-wave plate.
[0035]
Two parallel ray bundles having the same optical axis are emitted in parallel to a plane perpendicular to the rotation axis, leveled so that the rotation axis is vertical, and the two parallel ray bundles are centered on the rotation axis. Is rotated, one reference plane can be stretched with the two parallel beam bundles.
[0036]
If the light emitting means and the beam splitting means are arranged on the rotation axis, the center of gravity is located on the rotation axis, so that the rotation can be performed smoothly.
[0037]
Further, linearly polarized light is used for the primary parallel beam bundle, and the beam splitting means is provided with a polarization beam split surface, a quarter wavelength plate, and a reflection mirror, and the principal axis of the beam split surface is the primary parallel beam. The 1/4 wave plate is arranged so as to form 45 ° with respect to the polarization plane of the light beam and so that the primary parallel light beam is incident on the beam split surface at an angle of 45 °. The four-wave plate is arranged so that the principal axis of the four-wave plate forms an angle of 45 ° with respect to the polarization plane of the linearly polarized light transmitted through the beam split plane, and the reflection mirror reflects the light transmitted through the quarter-wave plate. If it arrange | positions so that it may return to this quarter wave plate, the said 2 parallel light beam can be made with few optical components.
[0038]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0039]
Referring to FIG. 1, reference numeral 2 denotes a reference plane setting device, in which a light emitting means 5 is provided in a bottomed cylinder 6, and a beam split means 16 is provided in an opening 10 of the bottomed cylinder 6. . The bottomed cylinder 6 is rotatably supported by a housing 8 via a bearing 7 and is configured to be able to rotate with the center axis of the bottomed cylinder 6 as a rotation axis 9 by a motor (not shown).
[0040]
The light emitting means 5 comprises a laser light emitting diode 3 and a collimation lens 4, and the laser light emitting diode 3 is fixed at a position intersecting the rotation axis 9 at the bottom of the bottomed cylinder 6, and the collimation lens 4 is disposed between the laser light emitting diode 3 and the beam splitting means 16 in the bottomed cylinder 6.
[0041]
The beam splitting means 16 comprises a polarizing beam splitter 12, a quarter wavelength plate 13, and a reflection mirror 14. The collimation lens 4 converts the laser light L ′ emitted from the laser diode 3 into parallel light. And the polarization beam splitter 12 is irradiated as a primary parallel light beam L 0 .
[0042]
The collimation lens 4 centered in the center of the light emitting surface of the laser light emitting diode 3, since it is arranged so as to be located on the rotation axis 9, an optical axis 11 of the primary parallel beam bundle L 0 is the rotation It coincides with the axis 9. Further, since the laser beam L ′ is linearly polarized light, the primary parallel light beam L 0 is also linearly polarized light and has a certain plane of polarization.
[0043]
The beam splitter 12 has a beam splitting surface 15, and the beam splitting surface 15 is arranged so that the primary parallel light beam L 0 is incident at an angle of 45 ° as shown in FIG. Has been placed. The principal axis of the beam splitting surface 15 is arranged to form an angle of 45 ° with the polarization plane of the primary parallel light beam L 0 , and when the primary parallel light beam L 0 is irradiated onto the beam split surface 15. , Half is reflected to become the first parallel light beam L 1 , and the other half is transmitted to become the beam split surface transmitted light M 1 .
[0044]
When the primary parallel light beam L 0 is reflected by the beam split surface 15, the polarization plane is inclined 45 °, so that the polarization surface of the first parallel light beam L 1 is perpendicular to the principal axis of the beam split surface 15. Become. Further, when the primary parallel light beam L 0 is transmitted, the polarization plane is inclined 45 ° in the opposite direction to the first parallel light beam, so that the polarization plane of the beam split surface transmitted light M 1 is the beam It is parallel to the main axis of the split surface 15. Accordingly, when the polarization plane is viewed with reference to the traveling direction of light, the polarization plane of the first parallel light beam L 1 and the polarization plane of the beam split plane transmitted light M 1 form an angle of 90 ° with each other. Become.
[0045]
Moreover, the beam on the splitting surface transmitted light M 1 of the optical path, since the quarter-wave plate 13 and the reflective mirror 14 are disposed in this order, said beam splitting surface transmitted light M 1 is the quarter wavelength The light is applied to the plate 13, passes through the quarter-wave plate 13, becomes a quarter-wave plate transmitted light M 2, and is applied to the reflection mirror 14 to become reflected light M 3 . Since the beam split plane transmitted light M 1 is linearly polarized light, the quarter-wave plate transmitted light M 2 and the reflected light M 3 are circularly polarized light.
[0046]
Instead of the reflecting mirror 14, a triangular prism 18 can be used as shown in FIG.
[0047]
When the reflected light M 3 is applied to the back surface of the quarter-wave plate 13, it passes through the quarter-wave plate 13 and becomes a quarter-wave plate retransmitted light M 4 . Since the reflected light M 3 is circularly polarized light, the quarter-wave plate retransmitted light M 4 is linearly polarized light. The main axis of the ¼ wavelength plate 13 is arranged to form 45 ° with respect to the polarization plane of the beam split plane transmission light M 1 , and the beam split plane transmission light M 1 is the 1 / Irradiated to the four-wave plate 13 and transmitted through the quarter-wave plate 13 twice from the front and back to become the quarter-wave plate retransmitted light M 4. The polarization plane of the light M 4 is inclined 90 ° from the polarization plane of the beam split plane transmitted light M 1 . In this case, since the polarization plane of the beam split plane transmitted light M 1 is parallel to the principal axis of the beam split plane, the polarization plane of the quarter-wave plate retransmitted light M 4 is that of the beam split plane 15. The quarter-wave plate retransmitted light M 4 is perpendicular to the main axis and is totally reflected by the beam splitting surface 15 to become a second parallel light beam L 2 . Accordingly, the light amounts of the first parallel light beam L 1 and the second parallel light beam L 2 are substantially equal. The polarization plane of the second parallel light beam L 2 is parallel to the polarization plane of the first parallel light beam L 1 .
[0048]
Further, since the quarter-wave plate 13 and the reflection mirror 14 are arranged so as to be perpendicular to the optical axis 11 of the primary parallel light beam L 0 , the beam split surface transmitted light M 1 The optical axes of the 1/4 wavelength plate transmitted light M 2 , the reflected light M 3, and the 1/4 wavelength plate retransmitted light M 4 coincide with the optical axis 11 of the primary parallel light beam L 0.
[0049]
Further, since the beam splitting surface 15 is arranged so that the primary parallel light beam L 0 is incident at an angle of 45 °, the quarter-wave plate retransmitted light M 4 is transmitted to the beam splitting surface 15. Is incident on the back surface at an angle of 45 °. Accordingly, the optical axes of the first parallel light beam L 1 and the second parallel light beam L 2 are the same, and both intersect perpendicularly with the optical axis 11 (rotation axis 9) of the primary parallel light beam L 0 .
[0050]
Accordingly, if the reference plane setting device 2 is leveled so that the rotation axis 9 is vertical and the bottomed cylinder 6 is rotated around the rotation axis 9, the first parallel light beam L 1 and the first in a second parallel light beam L 2, it is possible to put a single level surface.
[0051]
At this time, since the optical axis 17 of the first parallel light beam L 1 and the second parallel light beam L 2 intersects the rotation axis 9 at a right angle, the bottomed cylinder 6 is rotated at a constant speed. Then, a laser spot is created at a fixed period at the measurement point.
[0052]
Further, since the light emitting means 5 and the beam splitting means 16 are located on the rotation axis 9, the center of gravity exists on the rotation axis 9, and the bottomed cylinder 6 rotates smoothly.
[0053]
However, the light emitting means 5 and the beam splitting means 16 do not necessarily have to be arranged on the rotation axis 9 in order to allow the parallel light flux to enter the measurement point at a constant period, and the first parallel is not necessarily required. It is only necessary that the optical axes of the light beam L 1 and the second parallel light beam L 2 intersect the rotation axis.
[0054]
【The invention's effect】
Compared to a reference plane setting device that uses only one parallel light beam, the number of times the parallel light beam is irradiated onto the measurement object per unit time is doubled, and the efficiency of the surveying work is improved.
[0055]
In addition, since the center of gravity can be positioned on the rotation axis, the rotational movement becomes smooth, and the apparatus can be configured with a small number of optical components.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an example of the device of the present invention. FIG. 2 is a diagram for explaining the optical principle. FIG. 3 is a sectional view of a conventional reference plane setting device. Figure showing symbols [Explanation of symbols]
2 ...... reference plane setting device 5 ...... emitting means 9 ...... rotational axis 13 ...... 1/4-wavelength plate 14 ...... reflecting mirror 15 ...... polarizing beam splitting surface 16 ...... beam splitting means L 0 ...... primary parallel beam Bundle L 1 …… First parallel beam L 2 …… Second parallel beam

Claims (1)

一の直線と直角な平面に平行な第1平行光線束と第2平行光線束とを射出し、
前記第1平行光線束と前記第2平行光線束とを前記一の直線を回転軸線として回転させて基準平面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と、
前記一次平行光線束を前記第1平行光線束と前記第2平行光線束に分割するビーム分割手段と、
前記発光手段と前記ビーム分割手段とを前記回転軸線を中心に同期回転させる回転手段とを備えたものにおいて、
前記発光手段と前記ビーム分割手段とを前記回転軸線上に配置すると共に、
前記一次平行光線束は直線偏光光であり、
前記ビーム分割手段は、偏光ビームスプリット面と、1/4波長板と、反射ミラーとを有しており、
前記ビームスプリット面の主軸は前記一次平行光線束の偏光面に対して45°を成し、前記ビームスプリット面に前記一次平行光線束が45°の角度で入射するように配置され、
前記1/4波長板の主軸は、前記ビームスプリット面を透過した直線偏光光の偏光面に対して45°を成すように配置され、
前記反射ミラーは、前記1/4波長板を透過した光を反射して該1/4波長板に戻すように配置されたことを特徴とする基準平面設定装置。
Emitting a first parallel beam bundle and a second parallel beam bundle parallel to a plane perpendicular to one straight line;
A reference plane setting device for setting a reference plane by rotating the first parallel light beam and the second parallel light beam with the one straight line as a rotation axis;
A light emitting means for generating a primary parallel light flux;
Beam splitting means for splitting the primary parallel light flux into the first parallel light flux and the second parallel light flux;
In what comprises the rotating means for synchronously rotating the light emitting means and the beam splitting means about the rotation axis,
The light emitting means and the beam splitting means are disposed on the rotation axis,
The primary parallel light flux is linearly polarized light,
The beam splitting means has a polarization beam splitting surface, a quarter wave plate, and a reflection mirror,
The main axis of the beam splitting plane forms 45 ° with respect to the polarization plane of the primary parallel light flux, and the primary parallel light flux is arranged to enter the beam splitting surface at an angle of 45 °.
The main axis of the quarter-wave plate is arranged to form 45 ° with respect to the polarization plane of the linearly polarized light transmitted through the beam split plane,
The reference plane setting device, wherein the reflection mirror is arranged so as to reflect the light transmitted through the quarter-wave plate and return it to the quarter-wave plate.
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