JP3794599B2 - 光軸補償装置 - Google Patents
光軸補償装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3794599B2 JP3794599B2 JP22013597A JP22013597A JP3794599B2 JP 3794599 B2 JP3794599 B2 JP 3794599B2 JP 22013597 A JP22013597 A JP 22013597A JP 22013597 A JP22013597 A JP 22013597A JP 3794599 B2 JP3794599 B2 JP 3794599B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical axis
- light
- unit
- tilt
- light receiving
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/64—Imaging systems using optical elements for stabilisation of the lateral and angular position of the image
- G02B27/646—Imaging systems using optical elements for stabilisation of the lateral and angular position of the image compensating for small deviations, e.g. due to vibration or shake
- G02B27/648—Imaging systems using optical elements for stabilisation of the lateral and angular position of the image compensating for small deviations, e.g. due to vibration or shake for automatically maintaining a reference alignment, e.g. in self-levelling surveying instruments
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C15/00—Surveying instruments or accessories not provided for in groups G01C1/00 - G01C13/00
- G01C15/002—Active optical surveying means
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Adjustment Of Camera Lenses (AREA)
- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光線により水平或は鉛直或は所定角度の基準面を形成する測量機、測定機に用いられる光軸補償装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来基準面を形成する測量機、測定機に於いて、光軸を自動補償するものの中には液体の形成する絶対水平面を利用した液面反射方式の光軸補償装置、或は傾斜に対応する液体の傾斜により楔形の変化を利用した液体透過方式の光軸自動補償装置があった。
【０００３】
図１４に於いて、従来の液面反射方式の光軸補償装置について説明する。
【０００４】
図中１は測定機等機器の本体に設けられた液体封入容器であり、該液体封入容器１に封入された透明液体によって自由液面２が形成されている。又、前記液体封入容器１には光源３から発した光束がコリメートレンズ４を介して前記自由液面２に所要の角度で投射され、投射された光束は前記自由液面２により全反射される様になっている。該自由液面２により反射された光束は反射鏡１１により鉛直方向に反射される様になっている。
【０００５】
前記自由液面２は測定機本体の傾斜に拘らず水平面であり、測定機本体、即ち液体封入容器１が傾斜することで前記光束の自由液面２への入射角が変化し、この入射角の変化は液体封入容器１の傾斜により一義的に決定され、更に自由液面２での反射角は入射角により一義的に決定される。従って、反射光束の光軸上にプリズム５，６から成るアナモフィック光学系７及び凸レンズ８，９から成るビームエキスパンダ１０を配することにより反射光束の光軸を補正することで常に鉛直な反射光軸が得られる。
【０００６】
この鉛直な反射光を利用して鉛直基準線、水平基準線が得られ、或は水平基準線を回転させて水平基準面が形成される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記した光軸補償装置では光軸の自動補償は液面の傾斜と光学系によっている為、補償範囲が極めて狭く精々１０分程度の角度補償しかできなかった。従って、測定機本体の傾斜を自動補償可能な範囲迄予め手作業で補正しておかなければならず、更に後発的な理由により自動補償可能な範囲を越えた場合はその都度手作業で修正しなければならないという不便さがあり、煩雑であると共に作業性が悪いという問題があった。
【０００８】
本発明は斯かる実情に鑑み、高精度の複雑な制御装置を必要とせず、光学系による補償可能な範囲を越えた範囲迄自動的に補償できる光軸補償装置を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、自由液面を形成する透明液体を封入した液体封入容器に所定の角度で光束を通過させ、入射光軸に対する前記自由液面の角度変化に基づく射出光軸の変化により光軸補償を行う光軸補正部と、該光軸補正部を傾動させる傾動機構部と、前記光軸補正部の補償範囲を越えて傾斜を検出する傾斜検出手段と、該傾斜検出手段の検出に基づき、前記光軸補正部の傾きが補償範囲となる様に前記傾動機構部を駆動させる制御部とを具備する光軸補償装置に係り、又傾斜検出手段が透明液体を通過後の光束を分割する分割手段と、分割された光束により傾斜を検出する光検出手段とを具備する光軸補償装置に係り、又光検出手段は４分割された受光部を具備する光軸補償装置に係り、又光検出手段は透明液体通過後の光束を受光部に集光させる集光レンズを有し、該集光レンズは凸レンズと孔明きレンズで構成された光軸補償装置に係り、又制御部は光検出手段からの光量を判定する光量判定手段、前記４分割された受光部からの信号で光束の位置を検出する位置判定手段とを有し、前記光量判定手段、位置判定手段から判別結果を基に傾動機構部を駆動する光軸補償装置に係り、又前記傾動機構部が３点で前記光軸補正部を支持し、該光軸補正部は３点の内１の支持点を中心に自在に傾動可能であり、残りの２の支持点は個別に上下方向に変位可能とした光軸補償装置に係り、更に又前記傾動機構部は傾動可能な傾斜基板を有し、該傾斜基板に前記光軸補正部と、前記傾斜検出手段と、前記光軸補正部で補償された光束を射出するレーザ光線射出部が設けられた光軸補償装置に係るものである。
【００１０】
制御部は傾斜検出手段からの傾斜検出結果を基に前記傾動機構部を駆動し、光軸補正部を整準し、光軸補正部は光学的に光軸の傾斜角を補償する。
【００１１】
自由液面を経て透明液体を通過した光束は入射軸に対して液面の角度が変化すると射出光軸の角度が変化し、受光部上での投影位置が移動する。受光部上での投影位置を検出することで光軸補正部の傾斜が判別でき、この判別結果に基づき前記傾動機構部が駆動制御され、光軸補正部が整準される。
【００１２】
受光部は４分割され、受光信号が分割されたどの受光部に入射しているかを判別することで直ちに前記傾動機構部の制御情報が得られ、又２以上の受光部に跨がって投影される場合は受光部間の光量比較により傾動機構部の制御情報が得られる。凸レンズに組合わされた孔明レンズは凸レンズ周辺部を透過する光束を更に屈曲させるので、受光部の面積を小さくできる。光検出手段の拡散板は発光源の面積が小さい場合に投影像の面積を拡大して投影像の位置検出の分解能を向上させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【００１４】
図１で示される光軸補償装置は、傾動機構部１２、レーザ光線照射光学系１３、制御部（後述）から主に構成されている。
【００１５】
先ず、傾動機構部１２について説明する。
【００１６】
固定基板１５は４本の脚柱１６により支持されている。前記固定基板１５の下面側に第１傾動モータ１７が設けられ、該第１傾動モータ１７の出力軸は上方に突出し、突出端部には第１駆動ギア１８が嵌着されている。又前記固定基板１５には第１従動ギア１９が回転自在に設けられ、該第１従動ギア１９は前記第１駆動ギア１８に第１減速アイドルギア２０を介して噛合している。前記第１従動ギア１９の中心にはナット部が形成され第１傾動ロッド２１が螺合貫通し、上端が突出すると共に該第１傾動ロッド２１の上端は球面に形成されている。
【００１７】
又、前記固定基板１５の下面側に第２傾動モータ２３が設けられ、該第２傾動モータ２３の出力軸は上方に突出し、突出端部には第２駆動ギア２４が嵌着されている。又前記固定基板１５には第２従動ギア２５が回転自在に設けられ、該第２従動ギア２５は前記第２駆動ギア２４に第２減速アイドルギア２６を介して噛合している。該第２減速アイドルギア２６の中心にはナット部が形成され第２傾動ロッド２７が螺合貫通し、上端が突出すると共に該第２傾動ロッド２７の上端は球面に形成されている。
【００１８】
前記第１傾動ロッド２１と第２傾動ロッド２７とが等距離に位置する様に支柱２９が前記固定基板１５に立設され、該支柱２９と前記第１傾動ロッド２１、第２傾動ロッド２７との位置関係は直交座標の交点に前記支柱２９が位置し、前記第１傾動ロッド２１と第２傾動ロッド２７はそれぞれ座標軸上に位置する関係となっている。
【００１９】
前記第１傾動ロッド２１、第２傾動ロッド２７、支柱２９に傾動基板３１が傾動可能に支持され、該傾動基板３１に後述する中空ポスト３９を介して前記レーザ光線照射光学系１３が設けられた構成となっている。
【００２０】
前記傾動基板３１にはＶブロック３２が取付けられ、前記第１傾動ロッド２１の上端はＶブロック３２のＶ溝３３に当接しており、該Ｖ溝３３の中心は前記第１傾動ロッド２１の軸心、前記支柱２９の軸心を含む平面内に含まれる。前記第１傾動ロッド２１にはＬ字状に成形した回止め金具３４が固着されており、該回止め金具３４の折上げられた上端部は傾動基板３１に穿設された長孔３５に摺動自在に貫通し、該長孔３５は前記回止め金具３４の回転方向のみを規制する。
【００２１】
前記第２傾動ロッド２７の上端は前記傾動基板３１の下面に固着した滑り座３６に摺動自在に当接し、前記第２傾動ロッド２７にはＬ字状に成形した回止め金具３７が固着され、該回止め金具３７の折上げられた上端部は傾動基板３１に穿設された長孔３８に摺動自在に貫通し、該長孔３８は前記回止め金具３７の回転方向のみを規制する。
【００２２】
前記傾動基板３１には前記支柱２９と同心に中空ポスト３９が立設され、該中空ポスト３９の内部上端部には球面座４１が嵌設されている。前記支柱２９の上端部は球面状に仕上げられ、該上端部が前記球面座４１に嵌合し、該球面座４１を中心に前記傾動基板３１は傾動可能となっている。
【００２３】
前記固定基板１５、傾動基板３１間にはスプリング４２が張設され、前記Ｖブロック３２を前記第１傾動ロッド２１の上端に押圧すると共に滑り座３６を前記第２傾動ロッド２７の上端に押圧している。
【００２４】
前記レーザ光線照射光学系１３を説明する。
【００２５】
該レーザ光線照射光学系１３は光軸補正部４４とレーザ光線射出部４５から成り、前記中空ポスト３９の上端に逆Ｖ字の光路を有する前記光軸補正部４４が設けられ、更に鉛直方向の光軸を有するレーザ光線射出部４５、前記光軸補正部４４の光軸に直交する光軸を有する傾斜検出系４６が連設されている。
【００２６】
前記中空ポスト３９に連設された補正部ブロック４７の上部に液体封入容器１が形成され、該液体封入容器１内部には自由液面２を形成する透明液体１４が封入されている。
【００２７】
前記液体封入容器１は略逆３角形状であり、一方の斜面には入射窓４８が設けられ、他方他の斜面には射出窓４９が設けられている。前記入射窓４８を通して前記自由液面２に斜め下方からレーザ光線を入射させる光源ユニット５０が設けられている。
【００２８】
該光源ユニット５０は投射光軸上に位置する光源３、コリメートレンズ４を具備し、該コリメートレンズ４はレンズホルダ７５に保持され、前記補正部ブロック４７に取付けられる。
【００２９】
該レンズホルダ７５は球面部７６と該球面部７６の周囲に広がるフランジ部７７を具備し、前記球面部７６は前記補正部ブロック４７に形成された円錐凹部７８に当接し、前記レンズホルダ７５は前記球面部７６を中心に自在に傾動可能となっている。前記レンズホルダ７５は固定板８１を介して前記補正ブロック４７に取付けられる。該固定板８１は固定螺子７９により前記補正ブロック４７に固定されている。前記固定板８１には前記フランジ部７７を押す押し螺子８０が螺着している。前記球面部７６を円錐凹部７８に当接させた状態を維持し、前記固定螺子７９により前記フランジ部７７を前記固定板８１に固定した後、前記適宜箇所の押し螺子８０を回転することにより前記コリメートレンズ４の光軸の角度調整が可能となっている。
【００３０】
前記光源３は光源ホルダ８２に保持され、前記レンズホルダ７５に嵌合固着される。
【００３１】
前記自由液面２で反射され、前記射出窓４９より射出する反射レーザ光線の反射光軸上に光学部材（例えば楔プリズム）５１，５２から成るアナモフィック光学系５３が設けられると共に該アナモフィック光学系５３を透過したレーザ光線を鉛直方向に反射する反射鏡５４が設けられ、該反射鏡５４で反射されたレーザ光線の射出光軸上に凸レンズ５５、５６から成るビームエキスパンダ５７が設けられている。
【００３２】
前記レーザ光線射出部４５は前記ビームエキスパンダ５７の射出側に連接される。前記ビームエキスパンダ５７と同軸のレーザ光線射出部鏡筒５９が前記補正部ブロック４７に固着され、前記レーザ光線射出部鏡筒５９に回動ブロック６０が軸受６１を介して回転自在に設けられている。前記回動ブロック６０には従動ギア６２が固着されていると共にレーザ光線の射出光軸を水平方向に変向するペンタプリズム６３が設けられている。
【００３３】
前記レーザ光線射出部鏡筒５９にモータ支持金具６５を介して回動モータ６６が取付けられ、該回動モータ６６の出力軸に嵌着した駆動ギア６７は前記従動ギア６２と噛合している。而して、前記回動モータ６６を駆動することで前記回動モータ６６、従動ギア６２を介して前記回動ブロック６０が鉛直軸心を中心に回転する様になっている。
【００３４】
前記射出窓４９より射出する反射光軸上の前記アナモフィック光学系５３と前記射出窓４９との間に光束分割手段としての板ガラス６９を反射光軸に対して４５°の角度で設け、該板ガラス６９により反射レーザ光線の一部を分割して前記傾斜検出系４６に導く。
【００３５】
該傾斜検出系４６は凸レンズ７０、孔明きレンズ７１から成る集光レンズ系７２、受光素子７３を有し、前記集光レンズ系７２は分割したレーザ光線を該受光素子７３上に集光する様になっている。前記受光素子７３は図４で示される様にマトリックス状に４分割され、４分割された受光部７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄそれぞれが受光信号を独立して検出する様になっている。
【００３６】
前記孔明きレンズ７１は図５に示される様に、前記凸レンズ７０の周辺を透過する光束を更に屈折させて前記受光素子７３上に集光させるものである。図６は孔明きレンズ７１がない状態での凸レンズ７０周辺を透過する光束の光軸の屈折状態を示すものである。前記凸レンズ７０を透過する光束の光軸が凸レンズ７０の光軸に対して傾斜した場合に、孔明きレンズ７１がない場合受光素子７３の集光位置のずれ量がｂであったのが、孔明きレンズ７１を通る光束は屈折により焦点位置を短くしたものと同様であって、同距離に於ける光点から像点迄の位置は図にある様にａ＜ｂとなり、受光素子７３の大きさを小さくできる。
【００３７】
図７は前記傾動機構部１２の整準作動を行う制御部を示す概略ブロック図を示すものである。
【００３８】
前記受光部７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄからのアナログ信号はマルチプレクサ８３に入力される。演算器８５は該マルチプレクサ８３にセレクト信号８８を発し、前記マルチプレクサ８３は演算器８５からのセレクト信号８８により前記受光部７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄからの信号を選択して順次取込みシリーズの信号として増幅器８４に出力する。
【００３９】
前記演算器（ＣＰＵ）８５はＡ／Ｄ変換器８９、特に図示しないが位置判定部、光量判定部とを有し、増幅器８４から入力された信号をＡ／Ｄ変換器８９によりデジタル信号化し、このデジタル信号を基にレーザ光線の位置を位置判定部及び光量判定部で判別し、投射位置が受光素子７３の中心に位置するよう第１モータ駆動回路８６、第２モータ駆動回路８７に駆動制御信号を出力する。又、光量判定部は各デジタル信号から後述する様に光量の大小判別を行い、光量の大小から投射位置が受光素子７３の中心に位置するよう第１モータ駆動回路８６、第２モータ駆動回路８７に駆動制御信号を出力する。
【００４０】
前記第１モータ駆動回路８６、第２モータ駆動回路８７は前記演算器８５からの駆動制御信号に基づき前記第１傾動モータ１７、第２傾動モータ２３を駆動する。
【００４１】
次に、光軸に対して前記自由液面２が傾斜した場合の受光素子７３上での光束の結像位置の移動について図８を参照し説明する。
【００４２】
前記自由液面２で反射された光束の反射光軸から前記受光素子７３迄の距離を焦点距離ｆとし、液面に対して垂直な方向をＹ軸、該Ｙ軸に対して直交する２方向をＸ軸、Ｚ軸とする。前記自由液面２が水平の状態ではレーザ光線の照射点は前記Ｘ軸とＺ軸との交点となる様に設定されている。
【００４３】
前記自由液面２がＸ軸を中心にα傾いた時の反射角をθ1 、自由液面２が前記Ｚ軸を中心にθ傾いた時の反射角をθ2 とすると、
θ1 ＝２α --------（１）
θ2 ＝ＣＯＳ-1（ＣＯＳ2 θ・ＣＯＳ２α＋ＳＩＮ2 θ） --------（２）
となり、液体封入容器後の射出角はそれぞれ、
θ1 ′＝ｎθ1 --------（３）
θ2 ′＝ｎθ2 --------（４）
となる。ここで、ｎ：液体の屈折率、θ：液体への入射角を示す。
【００４４】
前記の様にθ1 ′又はθ2 ′、偏角した光軸は前記板ガラス６９で分割した光軸に於いても保存され、該集光レンズ７０に入射する。
【００４５】
従って、集光位置ｆに於ける結像位置の移動量は、Ｘ軸を中心に液面が傾いた場合をＸ1 、Ｚ軸を中心に液面が傾いた場合をＸ2 とすると、
Ｘ1 ＝ｆ・ｔａｎθ1 ′ --------（５）
Ｘ2 ＝ｆ・ｔａｎθ2 ′ --------（６）
となり、構成が略水平にある状態の結像位置から移動する。
【００４６】
又、ｆは既知の数値であり、前記Ｘ1 ，Ｘ2 は前記受光素子７３から検出でき、前記（５）（６）式より自由液面２の傾きθ1 ′，θ2 ′が演算でき、該演算結果より前記第１傾動モータ１７、第２傾動モータ２３を駆動して、前記レーザ光線照射光学系１３を水平状態に整準することができる。最終的な光軸補償は前記アナモフィック光学系５３、ビームエキスパンダ５７により光学的に鉛直方向に補正され、前記ペンタプリズム６３により変向されて水平方向の基準線を形成する様射出される。又、前記回動モータ６６により駆動ギア６７、従動ギア６２を介して前記回動ブロック６０を回転することで水平基準面が形成される。
【００４７】
前記傾動機構部１２による整準動作を図９、図１０により更に説明する。
【００４８】
前記受光部７３ａでの光電変換量処理では、前記演算器８５よりマルチプレクサ８３に対して前記セレクト信号８８が入力され、マルチプレクサ８３は受光素子７３の内、受光部７３ａからの受光信号を取込む。受光信号は前記増幅器８４により増幅されＡ／Ｄ変換器８９に入力され、演算器８５からの命令を受けてデジタル信号に変換される。デジタル化された光量信号が存在する場合は、光量が所定のレベル以上であるかどうか、即ちノイズと判定されないレベル（スレッシュ）以上であるかどうかを判定し、判定の結果スレッシュ以上の時は信号ありの個数バッファメモリに１を加算し、又位置情報バッファメモリに前記受光部７３ａに光量があることを保存すると共に光量のデジタル値も保存する。
【００４９】
次に、前記演算器８５よりセレクト信号８８が前記マルチプレクサ８３に入力され、マルチプレクサ８３が前記受光部７３ｂからの受光信号を選択して取込む。その後の信号処理については前述したと同様であるので説明を省略する。同様に、前記受光部７３ｃ、受光部７３ｄについても同様に処理が成される。
【００５０】
前記受光部７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄについての一連の信号処理が完了すると、前記受光素子７３上のレーザ光線の照射点の位置判定処理が行われる。
【００５１】
レーザ光線の照射点の位置判定処理を図１０及び図４を参照して更に説明する。
【００５２】
前記受光素子７３からの受光信号処理で得られた情報に基づき前記第１モータ駆動回路８６、第２モータ駆動回路８７を介して前記第１傾動モータ１７、第２傾動モータ２３を所要の方向に駆動する。
【００５３】
先ず、前記受光信号処理で得られた信号あり個数バッファメモリが１つの場合、２つの場合、３つの場合、４つの場合の判定を行う。
【００５４】
信号あり個数バッファメモリが１つの場合は、位置情報バッファメモリを基にレーザ光線の投影位置が前記受光部７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄのいずれにあるかを判断し、臨接するＸ軸、Ｚ軸への移動方向、移動量等の情報を演算して前記第１モータ駆動回路８６、第２モータ駆動回路８７に出力する。例えば、投影位置が受光部７３ａである場合は、Ｘ軸方向に関してはｃｗ、Ｚ軸に関してはｃｃｗ方向に移動する判定を出し、前記第１モータ駆動回路８６、第２モータ駆動回路８７を介して前記第１傾動モータ１７、第２傾動モータ２３を所定の方向に駆動回転する。
【００５５】
信号あり個数バッファメモリが２つの場合は、位置情報バッファメモリを基にレーザ光線の投影位置が前記受光部７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄのいずれにあるかを判断し、次に２つの受光量を比較して２軸への移動方向及び移動、停止の情報を出力する。例えば、投影位置が受光部７３ａ、７３ｂである場合は、２の光量(73a) ，光量(73b) を比較し、同じ光量の場合はＺ軸に関しては停止、Ｘ軸方向に関してはｃｗ方向に移動する判定を出し、前記第１傾動モータ１７、第２傾動モータ２３を所定の方向に駆動回転する。
【００５６】
尚、光量(73a) ＞光量(73b) である場合は、Ｚ軸に関してｃｃｗ方向、光量(73a) ＜光量(73b) である場合は、Ｚ軸に関してｃｗ方向にそれぞれ移動する様に前記第１傾動モータ１７、第２傾動モータ２３を所定の方向に駆動回転する。
【００５７】
信号あり個数バッファメモリが３つの場合は、位置情報バッファメモリを基にレーザ光線の投影位置が前記受光部７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄのいずれにあるかを判断し、２軸への移動方向、移動量の情報を出力する。例えば、投影位置が受光部７３ａ，７３ｂ，７３ｃである場合は、Ｘ軸方向に関してはｃｗ方向，Ｚ軸方向に関してはｃｗ方向へ移動の情報を出力する。
【００５８】
信号あり個数バッファメモリが４つの場合は、光量(73a) と光量(73d) を加算した値と、光量(73b) と光量(73c) を加算した値とを比較し、Ｚ軸方向の移動の情報、停止の情報を出力する。
【００５９】
更に、光量(73a) と光量(73b) を加算した値と、光量(73c) と光量(73d) を加算した値とを比較しＸ軸方向の移動、停止の情報を出力する。
【００６０】
例えばＺ軸に関して、
光量(73a)+光量(73d) と光量(73b)+光量(73c) が略同じ場合は停止、
光量(73a)+光量(73d) ＞光量(73b)+光量(73c) の場合は、ｃｃｗ方向へ移動
光量(73a)+光量(73d) ＜光量(73b)+光量(73c) の場合は、ｃｗ方向へ移動
Ｘ軸に関して
光量(73a)+光量(73b) と光量(73c)+光量(73d) が略同じ場合は停止、
光量(73a)+光量(73b) ＞光量(73c)+光量(73d) の場合は、ｃｗ方向へ移動
光量(73a)+光量(73b) ＜光量(73c)+光量(73d) の場合は、ｃｃｗ方向へ移動
上記位置判定処理によりＺ軸、Ｘ軸それぞれの方向、移動停止の情報が得られる。得られた情報は、第１モータ駆動回路８６、第２モータ駆動回路８７に出力される。
【００６１】
前記第１モータ駆動回路８６は、記第１傾動モータ１７を駆動し、前記第１駆動ギア１８、第１減速アイドルギア２０、第１従動ギア１９を介して前記第１傾動ロッド２１を所定量上昇、又は下降して傾動基板３１を前記支柱２９の頂点と前記第２傾動ロッド２７との頂点を結ぶ線を中心に傾動させる。更に、前記第２モータ駆動回路８７は同様に前記第２傾動ロッド２７を昇降させ、支柱２９の頂点と前記第１傾動ロッド２１の頂点を結ぶ線を中心に傾動させ、レーザ光線照射光学系１３を水平に整準する。
【００６２】
前記傾動機構部１２による整準作動が完了すると前記光軸補正部４４は略水平となり前記透明液体１４を利用した自動補償の範囲内となり、前記光軸補正部４４による光軸の補正がされ前記レーザ光線射出部４５から照射されるレーザ光線は水平となる。
【００６３】
上記実施の形態に於いて、例えば光源に半導体レーザを用いた場合、光源像が極めて小さくなる。上記した４分割の受光部で位置検出を行う場合、光源像に所要の面積があることを前提としている為、位置の検出が困難となる場合がある。この場合、前記受光素子７３を図１１に示す様に、距離Δｆだけ移動させて配置することが考えられる。而して、距離Δｆの値を適宜選択することで光源像の大きさ（スポット光の大きさ）を所望のものにすることができる。
【００６４】
この場合、前記焦点位置から任意の距離Δｆだけ移動させて４分割素子（受光素子７３）を配置させることにより、スポットの大きさを選択することが可能である。但し、結像位置に受光素子７３を配置した場合、前記透明液体１４の膨張収縮による自由液面２の変位で反射点が移動しても光軸の偏差は影響を及ぼさないが、図１１の様に焦点位置から受光素子７３を移動させた場合、受光素子７３での偏差が生じてしまう。その偏差σは図１１に示す様に
σ＝Δｆ・(do/f) --------（７）
となる。ここで、Δｆ：焦点距離からの移動量、do：液体が膨張したときの光軸偏差を示す。
【００６５】
この偏差により結像位置が変化した場合、実際の構成の傾きから生じる光軸の偏角から生じたものか、或は前記偏差から生じたものかの判別は困難である。従って、前記の略水平位置を検出する際の分解能に対して、前記σの影響する量が小さくなる位置に検出手段を配置すれば実用上差し支えない。
【００６６】
又、スポットを大きくする方法として受光素子７３の前に拡散板を配置させて光源像を実際より大きく検出させる方法もある。この場合は、上記の受光素子７３を焦点位置から移動させる方法と比較すると、拡散板をセンサ前面に配置して該拡散像を検出することができる為、液体の膨張収縮時に於ける光軸偏差に対する前記σの値は、極力小さくすることができる。
【００６７】
上記した様に、受光素子７３を４分割した受光部７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄとし、どの受光部が受光しているか、更に投影光源像が２以上の受光部に跨がっている場合は、受光部の受光光量の比較により位置判別を行うので、各受光部自体内での投影光源像の位置判別を行う必要がないので、受光部はＣＣＤ等の高価な受光素子を使う必要がなく、例えばＰ．Ｓ．Ｄ（Position Sensitive Detectore）の様なものでもよい。
【００６８】
尚、上記実施の形態は液体自由液面反射式の光軸補償装置について説明したが図１２に示す様な、液体の楔形状変化を利用した透過型の光軸補償装置に於いても、液体透過後の光軸上に前記板ガラス６９、凸レンズ７０、孔明きレンズ７１、受光素子７３を配置することで実施が可能である。
【００６９】
又、光束分割手段として板ガラス６９に代えビームスプリッタ、ハーフミラーであってもよい。更に、前述した様に透明液体１４の膨張収縮により、前記自由液面２のレベルが変化し反射点が変化して光軸がシフトするが、受光素子７３を焦点位置に配置することにより、環境温度の変化に対し影響を受けない様にすることができる。
【００７０】
更に、上記実施の形態では照射光束の一部を分割してレーザ光線照射光学系１３の姿勢検出を行い、整準動作を行う様にしたが、整準用の傾き検出部９１を別途設けてもよい。図１３は照射光束の一部を分割せず別途前記光軸補正部４４の光軸を含む平面と交差する平面上に光軸を有する傾き検出部９１を設けたものである。尚、図１３中、図３中で示したものと同様のものには同符号を付してある。
【００７１】
前記自由液面２には傾き検出用光源９２より光束が射出され、前記自由液面２により反射され、反射された光束は凸レンズ７０を透過し受光素子７３上に結像される。該受光素子７３は前述した様にマトリックス状に４分割されており、４分割された受光部７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄそれぞれが受光信号を独立して検出する様になっている。傾き検出については前述したと同様であるので説明を省略する。
【００７２】
更に、傾き検出を行う手段としてはその他、一般に市販されている気泡管を用いた傾斜検出器をレーザ光線照射光学系１３に設け、傾斜センサからの出力信号により前記傾動機構部１２の整準作動を行わせてもよい。又、実施の形態中のアナモフィック光学系はシリンドリカルレンズ系若しくはトーリックレンズとしてもよい。
【００７３】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、光学系の光軸補償を傾動機構部により機械的に整準する様にしたので、光学系の光軸補償を大きく越える範囲迄自動補償が可能となり、而も傾動機構部は簡単な構造で高精度を要求する構造、部品が存在しないので、安価で而も耐久性が高いという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す立断面図である。
【図２】同前本発明の実施の形態を示す側面図である。
【図３】図１のＡ矢視図である。
【図４】図３のＢ矢視図である。
【図５】同前実施の形態に於ける傾斜検出系の光学系の説明図である。
【図６】同前傾斜検出系の光学系に対する比較例の説明図である。
【図７】同前実施の形態に於ける傾動機構部の制御ブロック図である。
【図８】同前実施の形態に於ける傾斜検出系の作動説明図である。
【図９】同前実施の形態に於ける傾斜検出系の作動を説明するブロック図である。
【図１０】同前実施の形態に於ける傾斜検出系の作動を説明するブロック図である。
【図１１】同前実施の形態に於ける傾斜検出系の光学系の説明図である。
【図１２】他の実施の形態を示す要部説明図である。
【図１３】他の実施の形態を示す要部説明図であり、図１のＣ矢視図である。
【図１４】自由液面を利用した光軸補償装置の説明図である。
【符号の説明】
１ 液体封入容器
２ 自由液面
３ 光源
７ シリンドリカルレンズ系
１０ ビームエキスパンダ
１１ 反射鏡
１２ 傾動機構部
１３ レーザ光線照射光学系
１４ 透明液体
１７ 第１傾動モータ
２１ 第１傾動ロッド
２３ 第２傾動モータ
２７ 第２傾動ロッド
２９ 支柱
３１ 傾動基板
４１ 球面座
４４ 光軸補正部
４５ レーザ光線射出部
４６ 傾斜検出系
６９ 板ガラス
７０ 凸レンズ
７１ 孔明きレンズ
７２ 集光レンズ系
７３ 受光素子
８５ 演算器
９１ 傾き検出部
９２ 傾き検出用光源
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光線により水平或は鉛直或は所定角度の基準面を形成する測量機、測定機に用いられる光軸補償装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来基準面を形成する測量機、測定機に於いて、光軸を自動補償するものの中には液体の形成する絶対水平面を利用した液面反射方式の光軸補償装置、或は傾斜に対応する液体の傾斜により楔形の変化を利用した液体透過方式の光軸自動補償装置があった。
【０００３】
図１４に於いて、従来の液面反射方式の光軸補償装置について説明する。
【０００４】
図中１は測定機等機器の本体に設けられた液体封入容器であり、該液体封入容器１に封入された透明液体によって自由液面２が形成されている。又、前記液体封入容器１には光源３から発した光束がコリメートレンズ４を介して前記自由液面２に所要の角度で投射され、投射された光束は前記自由液面２により全反射される様になっている。該自由液面２により反射された光束は反射鏡１１により鉛直方向に反射される様になっている。
【０００５】
前記自由液面２は測定機本体の傾斜に拘らず水平面であり、測定機本体、即ち液体封入容器１が傾斜することで前記光束の自由液面２への入射角が変化し、この入射角の変化は液体封入容器１の傾斜により一義的に決定され、更に自由液面２での反射角は入射角により一義的に決定される。従って、反射光束の光軸上にプリズム５，６から成るアナモフィック光学系７及び凸レンズ８，９から成るビームエキスパンダ１０を配することにより反射光束の光軸を補正することで常に鉛直な反射光軸が得られる。
【０００６】
この鉛直な反射光を利用して鉛直基準線、水平基準線が得られ、或は水平基準線を回転させて水平基準面が形成される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記した光軸補償装置では光軸の自動補償は液面の傾斜と光学系によっている為、補償範囲が極めて狭く精々１０分程度の角度補償しかできなかった。従って、測定機本体の傾斜を自動補償可能な範囲迄予め手作業で補正しておかなければならず、更に後発的な理由により自動補償可能な範囲を越えた場合はその都度手作業で修正しなければならないという不便さがあり、煩雑であると共に作業性が悪いという問題があった。
【０００８】
本発明は斯かる実情に鑑み、高精度の複雑な制御装置を必要とせず、光学系による補償可能な範囲を越えた範囲迄自動的に補償できる光軸補償装置を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、自由液面を形成する透明液体を封入した液体封入容器に所定の角度で光束を通過させ、入射光軸に対する前記自由液面の角度変化に基づく射出光軸の変化により光軸補償を行う光軸補正部と、該光軸補正部を傾動させる傾動機構部と、前記光軸補正部の補償範囲を越えて傾斜を検出する傾斜検出手段と、該傾斜検出手段の検出に基づき、前記光軸補正部の傾きが補償範囲となる様に前記傾動機構部を駆動させる制御部とを具備する光軸補償装置に係り、又傾斜検出手段が透明液体を通過後の光束を分割する分割手段と、分割された光束により傾斜を検出する光検出手段とを具備する光軸補償装置に係り、又光検出手段は４分割された受光部を具備する光軸補償装置に係り、又光検出手段は透明液体通過後の光束を受光部に集光させる集光レンズを有し、該集光レンズは凸レンズと孔明きレンズで構成された光軸補償装置に係り、又制御部は光検出手段からの光量を判定する光量判定手段、前記４分割された受光部からの信号で光束の位置を検出する位置判定手段とを有し、前記光量判定手段、位置判定手段から判別結果を基に傾動機構部を駆動する光軸補償装置に係り、又前記傾動機構部が３点で前記光軸補正部を支持し、該光軸補正部は３点の内１の支持点を中心に自在に傾動可能であり、残りの２の支持点は個別に上下方向に変位可能とした光軸補償装置に係り、更に又前記傾動機構部は傾動可能な傾斜基板を有し、該傾斜基板に前記光軸補正部と、前記傾斜検出手段と、前記光軸補正部で補償された光束を射出するレーザ光線射出部が設けられた光軸補償装置に係るものである。
【００１０】
制御部は傾斜検出手段からの傾斜検出結果を基に前記傾動機構部を駆動し、光軸補正部を整準し、光軸補正部は光学的に光軸の傾斜角を補償する。
【００１１】
自由液面を経て透明液体を通過した光束は入射軸に対して液面の角度が変化すると射出光軸の角度が変化し、受光部上での投影位置が移動する。受光部上での投影位置を検出することで光軸補正部の傾斜が判別でき、この判別結果に基づき前記傾動機構部が駆動制御され、光軸補正部が整準される。
【００１２】
受光部は４分割され、受光信号が分割されたどの受光部に入射しているかを判別することで直ちに前記傾動機構部の制御情報が得られ、又２以上の受光部に跨がって投影される場合は受光部間の光量比較により傾動機構部の制御情報が得られる。凸レンズに組合わされた孔明レンズは凸レンズ周辺部を透過する光束を更に屈曲させるので、受光部の面積を小さくできる。光検出手段の拡散板は発光源の面積が小さい場合に投影像の面積を拡大して投影像の位置検出の分解能を向上させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【００１４】
図１で示される光軸補償装置は、傾動機構部１２、レーザ光線照射光学系１３、制御部（後述）から主に構成されている。
【００１５】
先ず、傾動機構部１２について説明する。
【００１６】
固定基板１５は４本の脚柱１６により支持されている。前記固定基板１５の下面側に第１傾動モータ１７が設けられ、該第１傾動モータ１７の出力軸は上方に突出し、突出端部には第１駆動ギア１８が嵌着されている。又前記固定基板１５には第１従動ギア１９が回転自在に設けられ、該第１従動ギア１９は前記第１駆動ギア１８に第１減速アイドルギア２０を介して噛合している。前記第１従動ギア１９の中心にはナット部が形成され第１傾動ロッド２１が螺合貫通し、上端が突出すると共に該第１傾動ロッド２１の上端は球面に形成されている。
【００１７】
又、前記固定基板１５の下面側に第２傾動モータ２３が設けられ、該第２傾動モータ２３の出力軸は上方に突出し、突出端部には第２駆動ギア２４が嵌着されている。又前記固定基板１５には第２従動ギア２５が回転自在に設けられ、該第２従動ギア２５は前記第２駆動ギア２４に第２減速アイドルギア２６を介して噛合している。該第２減速アイドルギア２６の中心にはナット部が形成され第２傾動ロッド２７が螺合貫通し、上端が突出すると共に該第２傾動ロッド２７の上端は球面に形成されている。
【００１８】
前記第１傾動ロッド２１と第２傾動ロッド２７とが等距離に位置する様に支柱２９が前記固定基板１５に立設され、該支柱２９と前記第１傾動ロッド２１、第２傾動ロッド２７との位置関係は直交座標の交点に前記支柱２９が位置し、前記第１傾動ロッド２１と第２傾動ロッド２７はそれぞれ座標軸上に位置する関係となっている。
【００１９】
前記第１傾動ロッド２１、第２傾動ロッド２７、支柱２９に傾動基板３１が傾動可能に支持され、該傾動基板３１に後述する中空ポスト３９を介して前記レーザ光線照射光学系１３が設けられた構成となっている。
【００２０】
前記傾動基板３１にはＶブロック３２が取付けられ、前記第１傾動ロッド２１の上端はＶブロック３２のＶ溝３３に当接しており、該Ｖ溝３３の中心は前記第１傾動ロッド２１の軸心、前記支柱２９の軸心を含む平面内に含まれる。前記第１傾動ロッド２１にはＬ字状に成形した回止め金具３４が固着されており、該回止め金具３４の折上げられた上端部は傾動基板３１に穿設された長孔３５に摺動自在に貫通し、該長孔３５は前記回止め金具３４の回転方向のみを規制する。
【００２１】
前記第２傾動ロッド２７の上端は前記傾動基板３１の下面に固着した滑り座３６に摺動自在に当接し、前記第２傾動ロッド２７にはＬ字状に成形した回止め金具３７が固着され、該回止め金具３７の折上げられた上端部は傾動基板３１に穿設された長孔３８に摺動自在に貫通し、該長孔３８は前記回止め金具３７の回転方向のみを規制する。
【００２２】
前記傾動基板３１には前記支柱２９と同心に中空ポスト３９が立設され、該中空ポスト３９の内部上端部には球面座４１が嵌設されている。前記支柱２９の上端部は球面状に仕上げられ、該上端部が前記球面座４１に嵌合し、該球面座４１を中心に前記傾動基板３１は傾動可能となっている。
【００２３】
前記固定基板１５、傾動基板３１間にはスプリング４２が張設され、前記Ｖブロック３２を前記第１傾動ロッド２１の上端に押圧すると共に滑り座３６を前記第２傾動ロッド２７の上端に押圧している。
【００２４】
前記レーザ光線照射光学系１３を説明する。
【００２５】
該レーザ光線照射光学系１３は光軸補正部４４とレーザ光線射出部４５から成り、前記中空ポスト３９の上端に逆Ｖ字の光路を有する前記光軸補正部４４が設けられ、更に鉛直方向の光軸を有するレーザ光線射出部４５、前記光軸補正部４４の光軸に直交する光軸を有する傾斜検出系４６が連設されている。
【００２６】
前記中空ポスト３９に連設された補正部ブロック４７の上部に液体封入容器１が形成され、該液体封入容器１内部には自由液面２を形成する透明液体１４が封入されている。
【００２７】
前記液体封入容器１は略逆３角形状であり、一方の斜面には入射窓４８が設けられ、他方他の斜面には射出窓４９が設けられている。前記入射窓４８を通して前記自由液面２に斜め下方からレーザ光線を入射させる光源ユニット５０が設けられている。
【００２８】
該光源ユニット５０は投射光軸上に位置する光源３、コリメートレンズ４を具備し、該コリメートレンズ４はレンズホルダ７５に保持され、前記補正部ブロック４７に取付けられる。
【００２９】
該レンズホルダ７５は球面部７６と該球面部７６の周囲に広がるフランジ部７７を具備し、前記球面部７６は前記補正部ブロック４７に形成された円錐凹部７８に当接し、前記レンズホルダ７５は前記球面部７６を中心に自在に傾動可能となっている。前記レンズホルダ７５は固定板８１を介して前記補正ブロック４７に取付けられる。該固定板８１は固定螺子７９により前記補正ブロック４７に固定されている。前記固定板８１には前記フランジ部７７を押す押し螺子８０が螺着している。前記球面部７６を円錐凹部７８に当接させた状態を維持し、前記固定螺子７９により前記フランジ部７７を前記固定板８１に固定した後、前記適宜箇所の押し螺子８０を回転することにより前記コリメートレンズ４の光軸の角度調整が可能となっている。
【００３０】
前記光源３は光源ホルダ８２に保持され、前記レンズホルダ７５に嵌合固着される。
【００３１】
前記自由液面２で反射され、前記射出窓４９より射出する反射レーザ光線の反射光軸上に光学部材（例えば楔プリズム）５１，５２から成るアナモフィック光学系５３が設けられると共に該アナモフィック光学系５３を透過したレーザ光線を鉛直方向に反射する反射鏡５４が設けられ、該反射鏡５４で反射されたレーザ光線の射出光軸上に凸レンズ５５、５６から成るビームエキスパンダ５７が設けられている。
【００３２】
前記レーザ光線射出部４５は前記ビームエキスパンダ５７の射出側に連接される。前記ビームエキスパンダ５７と同軸のレーザ光線射出部鏡筒５９が前記補正部ブロック４７に固着され、前記レーザ光線射出部鏡筒５９に回動ブロック６０が軸受６１を介して回転自在に設けられている。前記回動ブロック６０には従動ギア６２が固着されていると共にレーザ光線の射出光軸を水平方向に変向するペンタプリズム６３が設けられている。
【００３３】
前記レーザ光線射出部鏡筒５９にモータ支持金具６５を介して回動モータ６６が取付けられ、該回動モータ６６の出力軸に嵌着した駆動ギア６７は前記従動ギア６２と噛合している。而して、前記回動モータ６６を駆動することで前記回動モータ６６、従動ギア６２を介して前記回動ブロック６０が鉛直軸心を中心に回転する様になっている。
【００３４】
前記射出窓４９より射出する反射光軸上の前記アナモフィック光学系５３と前記射出窓４９との間に光束分割手段としての板ガラス６９を反射光軸に対して４５°の角度で設け、該板ガラス６９により反射レーザ光線の一部を分割して前記傾斜検出系４６に導く。
【００３５】
該傾斜検出系４６は凸レンズ７０、孔明きレンズ７１から成る集光レンズ系７２、受光素子７３を有し、前記集光レンズ系７２は分割したレーザ光線を該受光素子７３上に集光する様になっている。前記受光素子７３は図４で示される様にマトリックス状に４分割され、４分割された受光部７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄそれぞれが受光信号を独立して検出する様になっている。
【００３６】
前記孔明きレンズ７１は図５に示される様に、前記凸レンズ７０の周辺を透過する光束を更に屈折させて前記受光素子７３上に集光させるものである。図６は孔明きレンズ７１がない状態での凸レンズ７０周辺を透過する光束の光軸の屈折状態を示すものである。前記凸レンズ７０を透過する光束の光軸が凸レンズ７０の光軸に対して傾斜した場合に、孔明きレンズ７１がない場合受光素子７３の集光位置のずれ量がｂであったのが、孔明きレンズ７１を通る光束は屈折により焦点位置を短くしたものと同様であって、同距離に於ける光点から像点迄の位置は図にある様にａ＜ｂとなり、受光素子７３の大きさを小さくできる。
【００３７】
図７は前記傾動機構部１２の整準作動を行う制御部を示す概略ブロック図を示すものである。
【００３８】
前記受光部７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄからのアナログ信号はマルチプレクサ８３に入力される。演算器８５は該マルチプレクサ８３にセレクト信号８８を発し、前記マルチプレクサ８３は演算器８５からのセレクト信号８８により前記受光部７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄからの信号を選択して順次取込みシリーズの信号として増幅器８４に出力する。
【００３９】
前記演算器（ＣＰＵ）８５はＡ／Ｄ変換器８９、特に図示しないが位置判定部、光量判定部とを有し、増幅器８４から入力された信号をＡ／Ｄ変換器８９によりデジタル信号化し、このデジタル信号を基にレーザ光線の位置を位置判定部及び光量判定部で判別し、投射位置が受光素子７３の中心に位置するよう第１モータ駆動回路８６、第２モータ駆動回路８７に駆動制御信号を出力する。又、光量判定部は各デジタル信号から後述する様に光量の大小判別を行い、光量の大小から投射位置が受光素子７３の中心に位置するよう第１モータ駆動回路８６、第２モータ駆動回路８７に駆動制御信号を出力する。
【００４０】
前記第１モータ駆動回路８６、第２モータ駆動回路８７は前記演算器８５からの駆動制御信号に基づき前記第１傾動モータ１７、第２傾動モータ２３を駆動する。
【００４１】
次に、光軸に対して前記自由液面２が傾斜した場合の受光素子７３上での光束の結像位置の移動について図８を参照し説明する。
【００４２】
前記自由液面２で反射された光束の反射光軸から前記受光素子７３迄の距離を焦点距離ｆとし、液面に対して垂直な方向をＹ軸、該Ｙ軸に対して直交する２方向をＸ軸、Ｚ軸とする。前記自由液面２が水平の状態ではレーザ光線の照射点は前記Ｘ軸とＺ軸との交点となる様に設定されている。
【００４３】
前記自由液面２がＸ軸を中心にα傾いた時の反射角をθ1 、自由液面２が前記Ｚ軸を中心にθ傾いた時の反射角をθ2 とすると、
θ1 ＝２α --------（１）
θ2 ＝ＣＯＳ-1（ＣＯＳ2 θ・ＣＯＳ２α＋ＳＩＮ2 θ） --------（２）
となり、液体封入容器後の射出角はそれぞれ、
θ1 ′＝ｎθ1 --------（３）
θ2 ′＝ｎθ2 --------（４）
となる。ここで、ｎ：液体の屈折率、θ：液体への入射角を示す。
【００４４】
前記の様にθ1 ′又はθ2 ′、偏角した光軸は前記板ガラス６９で分割した光軸に於いても保存され、該集光レンズ７０に入射する。
【００４５】
従って、集光位置ｆに於ける結像位置の移動量は、Ｘ軸を中心に液面が傾いた場合をＸ1 、Ｚ軸を中心に液面が傾いた場合をＸ2 とすると、
Ｘ1 ＝ｆ・ｔａｎθ1 ′ --------（５）
Ｘ2 ＝ｆ・ｔａｎθ2 ′ --------（６）
となり、構成が略水平にある状態の結像位置から移動する。
【００４６】
又、ｆは既知の数値であり、前記Ｘ1 ，Ｘ2 は前記受光素子７３から検出でき、前記（５）（６）式より自由液面２の傾きθ1 ′，θ2 ′が演算でき、該演算結果より前記第１傾動モータ１７、第２傾動モータ２３を駆動して、前記レーザ光線照射光学系１３を水平状態に整準することができる。最終的な光軸補償は前記アナモフィック光学系５３、ビームエキスパンダ５７により光学的に鉛直方向に補正され、前記ペンタプリズム６３により変向されて水平方向の基準線を形成する様射出される。又、前記回動モータ６６により駆動ギア６７、従動ギア６２を介して前記回動ブロック６０を回転することで水平基準面が形成される。
【００４７】
前記傾動機構部１２による整準動作を図９、図１０により更に説明する。
【００４８】
前記受光部７３ａでの光電変換量処理では、前記演算器８５よりマルチプレクサ８３に対して前記セレクト信号８８が入力され、マルチプレクサ８３は受光素子７３の内、受光部７３ａからの受光信号を取込む。受光信号は前記増幅器８４により増幅されＡ／Ｄ変換器８９に入力され、演算器８５からの命令を受けてデジタル信号に変換される。デジタル化された光量信号が存在する場合は、光量が所定のレベル以上であるかどうか、即ちノイズと判定されないレベル（スレッシュ）以上であるかどうかを判定し、判定の結果スレッシュ以上の時は信号ありの個数バッファメモリに１を加算し、又位置情報バッファメモリに前記受光部７３ａに光量があることを保存すると共に光量のデジタル値も保存する。
【００４９】
次に、前記演算器８５よりセレクト信号８８が前記マルチプレクサ８３に入力され、マルチプレクサ８３が前記受光部７３ｂからの受光信号を選択して取込む。その後の信号処理については前述したと同様であるので説明を省略する。同様に、前記受光部７３ｃ、受光部７３ｄについても同様に処理が成される。
【００５０】
前記受光部７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄについての一連の信号処理が完了すると、前記受光素子７３上のレーザ光線の照射点の位置判定処理が行われる。
【００５１】
レーザ光線の照射点の位置判定処理を図１０及び図４を参照して更に説明する。
【００５２】
前記受光素子７３からの受光信号処理で得られた情報に基づき前記第１モータ駆動回路８６、第２モータ駆動回路８７を介して前記第１傾動モータ１７、第２傾動モータ２３を所要の方向に駆動する。
【００５３】
先ず、前記受光信号処理で得られた信号あり個数バッファメモリが１つの場合、２つの場合、３つの場合、４つの場合の判定を行う。
【００５４】
信号あり個数バッファメモリが１つの場合は、位置情報バッファメモリを基にレーザ光線の投影位置が前記受光部７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄのいずれにあるかを判断し、臨接するＸ軸、Ｚ軸への移動方向、移動量等の情報を演算して前記第１モータ駆動回路８６、第２モータ駆動回路８７に出力する。例えば、投影位置が受光部７３ａである場合は、Ｘ軸方向に関してはｃｗ、Ｚ軸に関してはｃｃｗ方向に移動する判定を出し、前記第１モータ駆動回路８６、第２モータ駆動回路８７を介して前記第１傾動モータ１７、第２傾動モータ２３を所定の方向に駆動回転する。
【００５５】
信号あり個数バッファメモリが２つの場合は、位置情報バッファメモリを基にレーザ光線の投影位置が前記受光部７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄのいずれにあるかを判断し、次に２つの受光量を比較して２軸への移動方向及び移動、停止の情報を出力する。例えば、投影位置が受光部７３ａ、７３ｂである場合は、２の光量(73a) ，光量(73b) を比較し、同じ光量の場合はＺ軸に関しては停止、Ｘ軸方向に関してはｃｗ方向に移動する判定を出し、前記第１傾動モータ１７、第２傾動モータ２３を所定の方向に駆動回転する。
【００５６】
尚、光量(73a) ＞光量(73b) である場合は、Ｚ軸に関してｃｃｗ方向、光量(73a) ＜光量(73b) である場合は、Ｚ軸に関してｃｗ方向にそれぞれ移動する様に前記第１傾動モータ１７、第２傾動モータ２３を所定の方向に駆動回転する。
【００５７】
信号あり個数バッファメモリが３つの場合は、位置情報バッファメモリを基にレーザ光線の投影位置が前記受光部７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄのいずれにあるかを判断し、２軸への移動方向、移動量の情報を出力する。例えば、投影位置が受光部７３ａ，７３ｂ，７３ｃである場合は、Ｘ軸方向に関してはｃｗ方向，Ｚ軸方向に関してはｃｗ方向へ移動の情報を出力する。
【００５８】
信号あり個数バッファメモリが４つの場合は、光量(73a) と光量(73d) を加算した値と、光量(73b) と光量(73c) を加算した値とを比較し、Ｚ軸方向の移動の情報、停止の情報を出力する。
【００５９】
更に、光量(73a) と光量(73b) を加算した値と、光量(73c) と光量(73d) を加算した値とを比較しＸ軸方向の移動、停止の情報を出力する。
【００６０】
例えばＺ軸に関して、
光量(73a)+光量(73d) と光量(73b)+光量(73c) が略同じ場合は停止、
光量(73a)+光量(73d) ＞光量(73b)+光量(73c) の場合は、ｃｃｗ方向へ移動
光量(73a)+光量(73d) ＜光量(73b)+光量(73c) の場合は、ｃｗ方向へ移動
Ｘ軸に関して
光量(73a)+光量(73b) と光量(73c)+光量(73d) が略同じ場合は停止、
光量(73a)+光量(73b) ＞光量(73c)+光量(73d) の場合は、ｃｗ方向へ移動
光量(73a)+光量(73b) ＜光量(73c)+光量(73d) の場合は、ｃｃｗ方向へ移動
上記位置判定処理によりＺ軸、Ｘ軸それぞれの方向、移動停止の情報が得られる。得られた情報は、第１モータ駆動回路８６、第２モータ駆動回路８７に出力される。
【００６１】
前記第１モータ駆動回路８６は、記第１傾動モータ１７を駆動し、前記第１駆動ギア１８、第１減速アイドルギア２０、第１従動ギア１９を介して前記第１傾動ロッド２１を所定量上昇、又は下降して傾動基板３１を前記支柱２９の頂点と前記第２傾動ロッド２７との頂点を結ぶ線を中心に傾動させる。更に、前記第２モータ駆動回路８７は同様に前記第２傾動ロッド２７を昇降させ、支柱２９の頂点と前記第１傾動ロッド２１の頂点を結ぶ線を中心に傾動させ、レーザ光線照射光学系１３を水平に整準する。
【００６２】
前記傾動機構部１２による整準作動が完了すると前記光軸補正部４４は略水平となり前記透明液体１４を利用した自動補償の範囲内となり、前記光軸補正部４４による光軸の補正がされ前記レーザ光線射出部４５から照射されるレーザ光線は水平となる。
【００６３】
上記実施の形態に於いて、例えば光源に半導体レーザを用いた場合、光源像が極めて小さくなる。上記した４分割の受光部で位置検出を行う場合、光源像に所要の面積があることを前提としている為、位置の検出が困難となる場合がある。この場合、前記受光素子７３を図１１に示す様に、距離Δｆだけ移動させて配置することが考えられる。而して、距離Δｆの値を適宜選択することで光源像の大きさ（スポット光の大きさ）を所望のものにすることができる。
【００６４】
この場合、前記焦点位置から任意の距離Δｆだけ移動させて４分割素子（受光素子７３）を配置させることにより、スポットの大きさを選択することが可能である。但し、結像位置に受光素子７３を配置した場合、前記透明液体１４の膨張収縮による自由液面２の変位で反射点が移動しても光軸の偏差は影響を及ぼさないが、図１１の様に焦点位置から受光素子７３を移動させた場合、受光素子７３での偏差が生じてしまう。その偏差σは図１１に示す様に
σ＝Δｆ・(do/f) --------（７）
となる。ここで、Δｆ：焦点距離からの移動量、do：液体が膨張したときの光軸偏差を示す。
【００６５】
この偏差により結像位置が変化した場合、実際の構成の傾きから生じる光軸の偏角から生じたものか、或は前記偏差から生じたものかの判別は困難である。従って、前記の略水平位置を検出する際の分解能に対して、前記σの影響する量が小さくなる位置に検出手段を配置すれば実用上差し支えない。
【００６６】
又、スポットを大きくする方法として受光素子７３の前に拡散板を配置させて光源像を実際より大きく検出させる方法もある。この場合は、上記の受光素子７３を焦点位置から移動させる方法と比較すると、拡散板をセンサ前面に配置して該拡散像を検出することができる為、液体の膨張収縮時に於ける光軸偏差に対する前記σの値は、極力小さくすることができる。
【００６７】
上記した様に、受光素子７３を４分割した受光部７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄとし、どの受光部が受光しているか、更に投影光源像が２以上の受光部に跨がっている場合は、受光部の受光光量の比較により位置判別を行うので、各受光部自体内での投影光源像の位置判別を行う必要がないので、受光部はＣＣＤ等の高価な受光素子を使う必要がなく、例えばＰ．Ｓ．Ｄ（Position Sensitive Detectore）の様なものでもよい。
【００６８】
尚、上記実施の形態は液体自由液面反射式の光軸補償装置について説明したが図１２に示す様な、液体の楔形状変化を利用した透過型の光軸補償装置に於いても、液体透過後の光軸上に前記板ガラス６９、凸レンズ７０、孔明きレンズ７１、受光素子７３を配置することで実施が可能である。
【００６９】
又、光束分割手段として板ガラス６９に代えビームスプリッタ、ハーフミラーであってもよい。更に、前述した様に透明液体１４の膨張収縮により、前記自由液面２のレベルが変化し反射点が変化して光軸がシフトするが、受光素子７３を焦点位置に配置することにより、環境温度の変化に対し影響を受けない様にすることができる。
【００７０】
更に、上記実施の形態では照射光束の一部を分割してレーザ光線照射光学系１３の姿勢検出を行い、整準動作を行う様にしたが、整準用の傾き検出部９１を別途設けてもよい。図１３は照射光束の一部を分割せず別途前記光軸補正部４４の光軸を含む平面と交差する平面上に光軸を有する傾き検出部９１を設けたものである。尚、図１３中、図３中で示したものと同様のものには同符号を付してある。
【００７１】
前記自由液面２には傾き検出用光源９２より光束が射出され、前記自由液面２により反射され、反射された光束は凸レンズ７０を透過し受光素子７３上に結像される。該受光素子７３は前述した様にマトリックス状に４分割されており、４分割された受光部７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄそれぞれが受光信号を独立して検出する様になっている。傾き検出については前述したと同様であるので説明を省略する。
【００７２】
更に、傾き検出を行う手段としてはその他、一般に市販されている気泡管を用いた傾斜検出器をレーザ光線照射光学系１３に設け、傾斜センサからの出力信号により前記傾動機構部１２の整準作動を行わせてもよい。又、実施の形態中のアナモフィック光学系はシリンドリカルレンズ系若しくはトーリックレンズとしてもよい。
【００７３】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、光学系の光軸補償を傾動機構部により機械的に整準する様にしたので、光学系の光軸補償を大きく越える範囲迄自動補償が可能となり、而も傾動機構部は簡単な構造で高精度を要求する構造、部品が存在しないので、安価で而も耐久性が高いという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す立断面図である。
【図２】同前本発明の実施の形態を示す側面図である。
【図３】図１のＡ矢視図である。
【図４】図３のＢ矢視図である。
【図５】同前実施の形態に於ける傾斜検出系の光学系の説明図である。
【図６】同前傾斜検出系の光学系に対する比較例の説明図である。
【図７】同前実施の形態に於ける傾動機構部の制御ブロック図である。
【図８】同前実施の形態に於ける傾斜検出系の作動説明図である。
【図９】同前実施の形態に於ける傾斜検出系の作動を説明するブロック図である。
【図１０】同前実施の形態に於ける傾斜検出系の作動を説明するブロック図である。
【図１１】同前実施の形態に於ける傾斜検出系の光学系の説明図である。
【図１２】他の実施の形態を示す要部説明図である。
【図１３】他の実施の形態を示す要部説明図であり、図１のＣ矢視図である。
【図１４】自由液面を利用した光軸補償装置の説明図である。
【符号の説明】
１ 液体封入容器
２ 自由液面
３ 光源
７ シリンドリカルレンズ系
１０ ビームエキスパンダ
１１ 反射鏡
１２ 傾動機構部
１３ レーザ光線照射光学系
１４ 透明液体
１７ 第１傾動モータ
２１ 第１傾動ロッド
２３ 第２傾動モータ
２７ 第２傾動ロッド
２９ 支柱
３１ 傾動基板
４１ 球面座
４４ 光軸補正部
４５ レーザ光線射出部
４６ 傾斜検出系
６９ 板ガラス
７０ 凸レンズ
７１ 孔明きレンズ
７２ 集光レンズ系
７３ 受光素子
８５ 演算器
９１ 傾き検出部
９２ 傾き検出用光源
Claims (7)
- 自由液面を形成する透明液体を封入した液体封入容器に所定の角度で光束を通過させ、入射光軸に対する前記自由液面の角度変化に基づく射出光軸の変化により光軸補償を行う光軸補正部と、該光軸補正部を傾動させる傾動機構部と、前記光軸補正部の補償範囲を越えて傾斜を検出する傾斜検出手段と、該傾斜検出手段の検出に基づき、前記光軸補正部の傾きが補償範囲となる様に前記傾動機構部を駆動させる制御部とを具備することを特徴とする光軸補償装置。
- 傾斜検出手段が透明液体を通過後の光束を分割する分割手段と、分割された光束により傾斜を検出する光検出手段とを具備する請求項１の光軸補償装置。
- 光検出手段は４分割された受光部を具備する請求項２の光軸補償装置。
- 光検出手段は透明液体通過後の光束を受光部に集光させる集光レンズを有し、該集光レンズは凸レンズと孔明きレンズで構成された請求項２の光軸補償装置。
- 制御部は光検出手段からの光量を判定する光量判定手段、前記４分割された受光部からの信号で光束の位置を検出する位置判定手段とを有し、前記光量判定手段、位置判定手段から判別結果を基に傾動機構部を駆動する請求項３、請求項４の光軸補償装置。
- 前記傾動機構部が３点で前記光軸補正部を支持し、該光軸補正部は３点の内１の支持点を中心に自在に傾動可能であり、残りの２の支持点は個別に上下方向に変位可能とした請求項１の光軸補償装置。
- 前記傾動機構部は傾動可能な傾斜基板を有し、該傾斜基板に前記光軸補正部と、前記傾斜検出手段と、前記光軸補正部で補償された光束を射出するレーザ光線射出部が設けられた請求項１の光軸補償装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22013597A JP3794599B2 (ja) | 1997-07-31 | 1997-07-31 | 光軸補償装置 |
| US09/120,220 US6137568A (en) | 1997-07-31 | 1998-07-21 | Optical axis compensator |
| DE69804389T DE69804389T2 (de) | 1997-07-31 | 1998-07-27 | Kompensator der Neigung der optischen Achse |
| EP98305965A EP0895057B1 (en) | 1997-07-31 | 1998-07-27 | Optical axis tilt compensator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22013597A JP3794599B2 (ja) | 1997-07-31 | 1997-07-31 | 光軸補償装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1151652A JPH1151652A (ja) | 1999-02-26 |
| JP3794599B2 true JP3794599B2 (ja) | 2006-07-05 |
Family
ID=16746457
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22013597A Expired - Fee Related JP3794599B2 (ja) | 1997-07-31 | 1997-07-31 | 光軸補償装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6137568A (ja) |
| EP (1) | EP0895057B1 (ja) |
| JP (1) | JP3794599B2 (ja) |
| DE (1) | DE69804389T2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001021354A (ja) * | 1999-07-09 | 2001-01-26 | Topcon Corp | 光学位置検出装置 |
| DE10111825B4 (de) * | 2001-03-13 | 2019-03-07 | Leica Microsystems Cms Gmbh | Anordnung zum Justieren von mindestens einem Lichtstrahl in einem optischen System |
| JP4712212B2 (ja) * | 2001-03-28 | 2011-06-29 | 株式会社トプコン | レーザ照準装置 |
| US6625895B2 (en) * | 2001-12-04 | 2003-09-30 | Toolz, Ltd. | Servo-controlled automatic level and plumb tool |
| US6892464B2 (en) * | 2002-03-13 | 2005-05-17 | Kabushiki Kaisha Topcon | Laser sighting device |
| US7083287B2 (en) * | 2003-05-13 | 2006-08-01 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Tilt detection in illumination source |
| JP2016109602A (ja) | 2014-12-09 | 2016-06-20 | 株式会社トプコン | 傾斜検出装置 |
| CN111298738B (zh) * | 2020-03-25 | 2021-12-14 | 中触媒华邦(东营)有限公司 | 一种化工反应塔高精度安装方法 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CH669037A5 (de) * | 1986-01-18 | 1989-02-15 | Hans Rudolf Ammann | Laserstrahl-nivelliergeraet. |
| CH672839A5 (ja) * | 1987-01-19 | 1989-12-29 | Ammann Lasertechnik | |
| JP3226970B2 (ja) * | 1992-07-09 | 2001-11-12 | 株式会社トプコン | レーザ測量機 |
| JP3100478B2 (ja) * | 1992-10-27 | 2000-10-16 | 株式会社トプコン | 往復レーザ走査システムを有するレーザ回転照射装置 |
| US5513001A (en) * | 1992-11-12 | 1996-04-30 | Kabushiki Kaisha Topcon | Tilt angle automatic compensator in all directions |
| JP3519777B2 (ja) * | 1994-04-08 | 2004-04-19 | 株式会社トプコン | 角度自動補償装置 |
| US5684579A (en) * | 1994-07-22 | 1997-11-04 | Kabushiki Kaisha Topcon | Automatic tilt angle compensator |
| US5933393A (en) * | 1995-03-02 | 1999-08-03 | Nikon Corporation | Laser beam projection survey apparatus with automatic grade correction unit |
| JPH09210687A (ja) * | 1996-01-31 | 1997-08-12 | Topcon Corp | レーザレベル装置 |
-
1997
- 1997-07-31 JP JP22013597A patent/JP3794599B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-07-21 US US09/120,220 patent/US6137568A/en not_active Expired - Lifetime
- 1998-07-27 EP EP98305965A patent/EP0895057B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1998-07-27 DE DE69804389T patent/DE69804389T2/de not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69804389T2 (de) | 2003-03-06 |
| DE69804389D1 (de) | 2002-05-02 |
| JPH1151652A (ja) | 1999-02-26 |
| EP0895057A1 (en) | 1999-02-03 |
| US6137568A (en) | 2000-10-24 |
| EP0895057B1 (en) | 2002-03-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN1829899B (zh) | 用于检查或校准高精度试件的角相关对准的方法 | |
| JP2002286450A (ja) | レーザ照準装置 | |
| JP3794599B2 (ja) | 光軸補償装置 | |
| JPH1038571A (ja) | 回転レーザ装置 | |
| US3596362A (en) | Surface measuring apparatus | |
| JP2009069151A (ja) | 座標測定器の移動要素の空間位置を決定するための手段及び方法 | |
| US3628874A (en) | Compact optical sighting level with internal fine setting of the horizontality of the line of sight | |
| US9952040B2 (en) | Tilt detecting device and rotary laser apparatus | |
| CN110360960A (zh) | 一种垂直度测量方法和装置 | |
| JP4317639B2 (ja) | レーザ測量機 | |
| US3910704A (en) | Compensating device for sighting instruments | |
| US6473714B1 (en) | Inclination measuring apparatus | |
| US3580687A (en) | Survey level | |
| JPH0540072A (ja) | 鏡面の測定装置 | |
| JP2735104B2 (ja) | 非球面レンズの偏心測定装置及び測定方法 | |
| JP2001304831A (ja) | 光学式角度測定装置 | |
| JP2001027527A (ja) | 傾斜測定装置 | |
| JPH08261734A (ja) | 形状測定装置 | |
| JP6670355B2 (ja) | 傾斜検出装置及び回転レーザ装置 | |
| JP2536059B2 (ja) | 物体の表面状態測定装置及び表面の高さ測定装置 | |
| JPH11325891A (ja) | レーザーレベル装置 | |
| JP4267971B2 (ja) | レーザ光線照準装置及び光軸補償方法 | |
| JPH0244258Y2 (ja) | ||
| JPH01158311A (ja) | 測量機械における二次元方向傾き誤差の自動補正装置 | |
| JPH06273267A (ja) | オートコリメータ装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040722 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20051116 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20051206 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060203 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060328 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060407 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090421 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100421 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110421 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120421 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130421 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130421 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140421 Year of fee payment: 8 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |