JP3908297B2 - レーザ測量機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光により測定基準平面、特に水平基準面の他に水平基準面に対して所定の角度に傾斜した任意傾斜設定面を形成可能なレーザ測量機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
広範囲に亘り水平な基準レベルを作る為、光学式レベルに代わり、レーザ測量機が使用されている。
【０００３】
斯かるレーザ測量機は、レーザ光線を水平方向に投光することによりレーザ光線により水平基準線を形成したり、或はレーザ光線を回転するプリズムを介して水平方向に投光し、レーザ光線により水平基準面を形成している。
【０００４】
建築、土木工事では前記水平基準面を利用して位置出し、水平レベルの設定が行われる。例えば、受光器でレーザ光線を検知することで基準位置を測定し、或は内装関係の窓の取付け位置、天井の水平等の墨出しに利用される。
【０００５】
又、本願出願人が特開平６−２６８６１号で提案した様に、最近では斯かるレーザ測量機は水平レベルの設定だけでなく、傾斜レベルの設定を行う場合にも使用できる様になっており、道路の排水傾斜、道路勾配等の工事に使用されている。
【０００６】
特開平６−２６８６１号で提案されたレーザ測量機のレーザ照射装置４を、図２５〜図３２により説明する。
【０００７】
ケーシング５の中央には切頭円錐形の凹部６が形成され、該凹部６の中央に支持座７が形成してある。該支持座７は、円形の貫通孔８の内周を３等分した位置に３次曲面で滑らかに隆起させた突起９を形成したものである。
【０００８】
前記貫通孔８にレーザ光を発するレーザ投光器１０を落込み、該レーザ投光器１０の頭部１１を前記支持座７に係合支持させる。該頭部１１は下部が球面形状をしており、この球面部１１ａが前記３つの突起９に摺動自在に当接する。而して、前記レーザ投光器１０は垂線に対して如何なる方向にも自在に傾動可能に支持される。
【０００９】
前記頭部１１にモータ座１４を設け、該モータ座１４には走査モータ１５を設け、該走査モータ１５の出力軸にはギア１６を嵌着する。該ギア１６は後述する走査ギア１７に噛合させる。
【００１０】
前記レーザ投光器１０の頭部１１には該レーザ投光器１０の軸心に合致させ、軸受１２を介してミラー保持体１３を回転自在に設ける。該ミラー保持体１３には走査ギア１７を嵌着し、前記した様に走査ギア１７をギア１６に噛合させ、前記走査モータ１５によってミラー保持体１３が垂直軸心を中心に回転される様にする。又、ミラー保持体１３にはペンタプリズム１８を設け、前記レーザ投光器１０から発せられるレーザ光線を投光窓１９を通して水平方向に射出する様になっている。
【００１１】
前記レーザ投光器１０の中途部にセンサ支持棚６３を設け、該センサ支持棚６３に水平を検知する傾斜検出器である固定気泡管２０、固定気泡管２１をその方向が直角に交差する様に設ける。この固定気泡管２０，２１は、静電容量検出型の電気気泡管であり、水平面を基準として傾斜角度に対応した電気信号を出力するものである。
【００１２】
前記レーザ投光器１０の下端に略直角３角形状のベースプレート６４を固着し、該ベースプレート６４の直角頂部近傍に支柱７０を立設し、該支柱７０の上端には球６７を固着する。前記ベースプレート６４の上方に直角Ｌ字状の傾動基板６２を配置し、該傾動基板６２の裏面Ｌ字状の頂部に円錐状の凹部９９を形成し、該凹部９９に前記球６７を嵌合させ、前記支柱７０によって前記傾動基板６２の頂部を支承させ、該傾動基板６２は前記球６７を中心にピポット運動を可能とする。更に該傾動基板６２と前記ベースプレート６４との間にスプリング６８を設け、前記円錐状の凹部９９を前記球６７に押圧すると共に、前記傾動基板６２を図２５中時計方向に付勢する。
【００１３】
該傾動基板６２に傾動傾斜検出器である任意角設定気泡管６５、任意角設定気泡管６６を前記Ｌ字形状に沿って相互に直交する線上に設ける。
【００１４】
軸受板７２を前記センサ支持棚６３の下方に位置させ、前記軸受板７２を前記レーザ投光器１０より突設する。前記ベースプレート６４の前記支柱７０を頂点とする３角形を形成する位置に、傾動螺子５２、傾動螺子５３を回転自在に立設し、該傾動螺子５２と該傾動螺子５３の上端を前記軸受板７２にそれぞれ回転自在に支承させる。
【００１５】
前記傾動螺子５２の下端を前記ベースプレート６４より下方に突設させ、該傾動螺子５２の突出端に傾動ギア５４を嵌着し、該傾動ギア５４を後述する傾動ギア５６に噛合する。又、前記傾動螺子５３の下端を前記ベースプレート６４より下方に突設させ、傾動螺子５３の突出端に傾動ギア５５を嵌着し、該傾動ギア５５を後述する傾動ギア５７に噛合させる。
【００１６】
前記傾動螺子５２に傾動ナット４８を螺合し、該傾動ナット４８には断面円のナットピン５０を突設する。前記傾動基板６２の任意角設定気泡管６５側の端面より該任意角設定気泡管６５の中心線と平行に断面円の傾動ピン６０を突設し、該傾動ピン６０を前記ナットピン５０に当接させる。更に、ベースプレート６４と前記軸受板７２との間に２本の平行なガイドピン７１を掛渡して設け、該２本のガイドピン７１により前記傾動ピン６０を摺動自在に挾持し、前記傾動基板６２の水平方向の回転を規制し、且前記傾動ピン６０の上下方向、及び該傾動ピン６０の軸心を中心とする回転を許容する。
【００１７】
前記傾動螺子５３に傾動ナット４９を螺合し、該傾動ナット４９には断面円のナットピン５１を突設する。前記傾動基板６２の任意角設定気泡管６６側の端面より該任意角設定気泡管６６の中心線と平行に断面円の傾動ピン６１を突設し、該傾動ピン６１を前記ナットピン５１に当接させる。
【００１８】
前記ベースプレート６４の下面に脚柱７３を垂設し、該脚柱７３を介してモータベースを兼ねる傾斜検知体２３を固着する。該傾斜検知体２３の上面には傾動モータ５８、傾動モータ５９を設け、該傾動モータ５８の出力軸には前述した傾動ギア５６を嵌着し、前記傾動モータ５９の出力軸には前述した傾動ギア５７を嵌着し、それぞれ前記傾動ギア５４、傾動ギア５５に噛合させる。
【００１９】
前記傾斜検知体２３の下面にはリング状の反射鏡を設け、前記傾斜検知体２３と対峙した位置に、又前記ケーシング５と前記レーザ投光器１０とが垂直状態の時の該レーザ投光器１０の軸心を中心に同一円周上に所要数（本実施例では４つ）の発光素子と受光素子の組から成る光センサ２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄを設ける。
【００２０】
前記レーザ投光器１０の頭部１１から水平方向に傾動アーム２５、傾動アーム２６を直交させて延出し、それぞれ前記凹部６の円錐面を貫通させて、前記ケーシング５の内部に位置させ、両傾動アーム２５、傾動アーム２６の先端に係合ピン２７、係合ピン２８を突設する。該係合ピン２７、該係合ピン２８は円柱形状であり、その円柱のそれぞれの軸心は相互に直交し、前記球面部１１ａの球心を通る平面内に含まれる様位置関係を決定する。又、前記係合ピン２７、前記係合ピン２８のいずれか一方、例えば係合ピン２７については水平方向の移動を規制し、上下方向にのみ移動可能とする。特に図示しないが、前記係合ピン２７を上下方向に延びるガイド溝に摺動自在に係合させ、或は上下方向に延びる壁面に係合ピン２７をスプリング等の付勢手段を介して摺動自在に押圧する等の手段が考えられる。
【００２１】
前記ケーシング５の内壁に棚板２９、棚板３０を設け、該棚板２９にレベル調整モータ３１を設け、前記棚板３０にレベル調整モータ３２を設け、前記レベル調整モータ３１の回転軸に駆動ギア３３、前記レベル調整モータ３２に駆動ギア３４を嵌着する。前記係合ピン２７に直交し、ケーシング５の天井部と前記棚板２９とに掛渡るスクリューシャフト３５を回転自在に設け、該スクリューシャフト３５に被動ギア３６を嵌着し、該被動ギア３６は前記駆動ギア３３に噛合させる。前記スクリューシャフト３５にスライドナット３７を螺合し、該スライドナット３７にピン３８を突設し、該ピン３８と前記係合ピン２７とを摺動可能に当接させる。
【００２２】
同様に、前記係合ピン２８に直交し、ケーシング５の天井部と前記棚板３０とに掛渡るスクリューシャフト３９を回転自在に設け、該スクリューシャフト３９に被動ギア４０を嵌着し、該被動ギア４０は前記駆動ギア３４に噛合させる。前記スクリューシャフト３９にスライドナット４１を螺合し、該スライドナット４１にピン４２を突設し、該ピン４２と前記係合ピン２８とを摺動可能に当接させる。
【００２３】
前記ケーシング５の天井部、前記スクリューシャフト３５と前記スクリューシャフト３９との間にスプリング受け４３を設け、該スプリング受け４３と前記レーザ投光器１０との間にスプリング４４を張設し、該レーザ投光器１０を図２５中前記支持座７を中心に時計方向に付勢する。
【００２４】
図中、４５はレーザ測量機を駆動する為の電池を収納する電池ボックスである。又、上記したレーザ測量機のレーザ照射装置４はレベル出しの為のレベル出しボルト４６を介して図示しない三脚に設けられる。又、４７は前記ミラー保持体１３の周囲を囲繞するガラス窓である。
【００２５】
次に、図３０は本従来例の制御装置を示す。
【００２６】
前記固定気泡管２０、前記任意角設定気泡管６５の検出結果は切換え回路８５を介して角度検出回路８７に入力され、前記固定気泡管２１、前記任意角設定気泡管６６の検出結果は切換え回路８６を介して角度検出回路８８に入力される。該角度検出回路８８及び前記角度検出回路８７には基準角度９２、基準角度９１が設定されている。該基準角度９１，９２は通常は０°である。
【００２７】
前記切換え回路８５により前記角度検出回路８７に固定気泡管２０からの信号が入力されると、角度検出回路８７は基準角度９１との偏差量を検出し、前記角度検出回路８７の信号はモータ制御器８９に入力され、該モータ制御器８９によって前記レベル調整モータ３１を駆動制御する。
【００２８】
又、切換え回路８５により角度検出回路８７に、固定気泡管２０及び任意角設定気泡管６５からの両信号が入力されると、角度検出回路８７はその偏差量に対応した信号を出力し、この信号が傾斜駆動回路８３に入力され、該傾斜駆動回路８３によって前記傾動モータ５８が駆動制御される。又、前記切換え回路８５により前記角度検出回路８７に前記任意角設定気泡管６５からの信号が入力されると、角度検出回路８７は基準角度９１との偏差量を検出し、角度検出回路８７の信号はモータ制御器８９に入力され、該モータ制御器８９によってレベル調整モータ３１を駆動制御する。
【００２９】
前記角度検出回路８８の信号はモータ制御器９０に入力され、該モータ制御器９０によって前記レベル調整モータ３２を駆動制御する。又、前記角度検出回路８８の信号及び任意角設定器８２からの信号が傾斜駆動回路８４に入力され、該傾斜駆動回路８４によって前記傾動モータ５９が駆動制御される。
【００３０】
又、前記角度検出回路８７、前記角度検出回路８８の角度偏差は、判別器９３に入力され、該判別器９３は前記角度検出回路８７、前記角度検出回路８８の角度偏差の内大きな方の角度偏差を選択し、該選択した角度偏差の変化に応じた出力を表示器駆動器９４に出力し、該表示器駆動器９４は表示器９５に偏差の値に応じた表示をさせる様になっている。
【００３１】
レーザ光線により形成される基準平面は水平、或は任意の角度に設定可能であり、先ず以下に於いて水平基準面を形成する上記レーザ測量機の整準作動を説明する。
【００３２】
レーザ照射装置４が設置され、無調整の状態ではレーザ投光器１０の軸心は一般に鉛直線と合致してなく、前記固定気泡管２０、固定気泡管２１は水平ではない。前記切換え回路８５、前記切換え回路８６は前記固定気泡管２０、前記固定気泡管２１からの信号が前記角度検出回路８７、前記角度検出回路８８に入力される様にする。
【００３３】
前記基準角度９１，９２が０°とすると前記角度検出回路８７、前記角度検出回路８８からは角度偏差信号が出力される。この角度偏差信号が出力されると前記モータ制御器８９、前記モータ制御器９０はこの角度偏差信号が０となる様に前記レベル調整モータ３１、前記レベル調整モータ３２を所要の方向に駆動する。
【００３４】
この両レベル調整モータ３１，３２に関連する作動を一方、例えばレベル調整モータ３１について説明する。
【００３５】
該レベル調整モータ３１が駆動されると、該レベル調整モータ３１の回転は、前記駆動ギア３３、前記被動ギア３６を介して前記スクリューシャフト３５に伝達され、該スクリューシャフト３５の回転で前記スライドナット３７が昇降する。該スライドナット３７の昇降動は、前記ピン３８、前記係合ピン２７を介して前記傾動アーム２５に伝達され、前記レーザ投光器１０を傾動させる。
【００３６】
前記した様に、係合ピン２７は水平方向の動きが規制され上下方向にのみ移動可能であるので、前記レーザ投光器１０の傾動方向は規制され、前記球面部１１ａの球心を通る係合ピン２８の軸心を中心に傾動する。次に、前記レベル調整モータ３２が駆動されると、前記スクリューシャフト３９が回転して前記ピン４２を介して前記係合ピン２８が上下動する。
【００３７】
前記係合ピン２７の水平方向の動きは、溝（図示せず）によって規制され、上下方向の動きは、前記ピン３８と前記スプリング４４により規制されるので、係合ピン２７は前記球面部１１ａの球心を通る該係合ピン２７の軸心を中心に回転する動きのみが許容される。
【００３８】
前記ピン４２を上下動させると、該ピン４２と前記係合ピン２８との間で軸心方向の摺動を伴いつつ、該係合ピン２８に上下方向の変化が与えられ、前記レーザ投光器１０は前記係合ピン２７の軸心を中心に傾動する。ここで、前記した様に係合ピン２７の断面は円であるので、該係合ピン２７の回転によって、該係合ピン２７の軸心の傾きは変化することがない。即ち、各レベル調整モータ３１，３２による傾動作動は他方の傾動軸即ち係合ピン２７、係合ピン２８の軸心の傾きに影響を及ぼすことがない。従って、一軸の傾動調整作業を他軸の傾動調整作業とは独立に行え、傾動調整作業及び該傾動調整作業に関連する制御シーケンスは著しく簡略化される。
【００３９】
尚、前記レーザ投光器１０はスプリング４４によって図２５中時計方向に付勢されているので、レーザ投光器１０は前記スライドナット３７の動きに正確に追従する。
【００４０】
該レーザ投光器１０の傾動作動について、前記した様にレーザ投光器１０の球面部１１ａが前記突起９により３点支持されているので、該レーザ投光器１０の支持は安定でぐらつくことはなく、又球面部１１ａと円滑な曲面で形成された前記突起９との接触であるので、前記レーザ投光器１０はあらゆる傾動方向に円滑に自在に動き得、レーザ投光器１０の姿勢調整は容易に行える。
【００４１】
該レーザ投光器１０が傾動し整準が進むと、前記固定気泡管２０、固定気泡管２１からの検出値も水平に近付き、最終的には前記モータ制御器８９とモータ制御器９０の出力する角度偏差が０となって整準作動が完了する。
【００４２】
尚、前記固定気泡管２０、固定気泡管２１は検出範囲が狭く、所定の範囲を越えると飽和状態となり、傾き方向は検出できるが傾斜角の値を検出することができなくなる。従って、機械的な調整範囲を越えて前記レベル調整モータ３１，３２、駆動ギア３３，３４、被動ギア３６，４０、前記スクリューシャフト３５，３９、スライドナット３７，４１、傾動アーム２５，２６等から成る調整機構が動作しない様、前記光センサ２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄが設けられている。即ち、機械的調整範囲の限界に達すると光センサ２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄのいずれか１つから発する光が前記傾斜検知体２３に設けた反射鏡で反射して再び光センサで受光され機械的調整範囲の限界に達したことが検知され、前記レベル調整モータ３１，３２が停止され、或は表示装置に機械的調整範囲の限界であることが表示され、或はブザー等による警報が発せられる。
【００４３】
斯かる状態になった場合は、前記レベル出しボルト４６を利用して調整範囲となる様粗調整し、再度整準作動を開始させる。
【００４４】
整準作動が完了すると、前記レーザ投光器１０からレーザ光線を発光し、更に前記走査モータ１５を駆動して前記レーザ投光器１０を鉛直軸心を中心に回転させ、前記ペンタプリズム１８からレーザ光線を水平方向に射出し、更に回転させることでレーザ光線による水平基準面が形成される。
【００４５】
この整準作動の過程に於いて、整準開始から整準完了迄、若干の時間が要される。この間、作業者に整準作動の進行状況を表示して、整準作動が適正に行われていることを作業者に知らせ、作業者の不安を解消する。
【００４６】
前記判別器９３によって前記角度検出回路８７、前記角度検出回路８８から出力される角度偏差の大小を判断し、角度偏差の大きい方を選択し、選択した角度偏差の変化の状態を前記表示器駆動器９４に出力し、更に角度偏差の変化に応じ表示内容を変化させ前記表示器９５に表示させる。
【００４７】
尚、角度偏差の大きい方を選択したのは、該角度偏差の大きい方の角度調整により多くの時間を要するということによる。角度偏差の大小の選択の代わりに、前記角度検出回路８７、前記角度検出回路８８から出力される角度偏差の和を求め、角度偏差の和の値に応じて表示内容を変化させてもよい。
【００４８】
角度偏差と時間の関係を示せば、図３１の通りであり、この関係から表示内容を変更する位置を予め設定しておき、角度偏差が設定した位置となると表示を切換え、作業者の整準作業の進捗状態を知らせる。
【００４９】
次に、前述の様に水平基準面を形成した後、レーザ光線により形成される基準平面を任意の角度に設定する場合について説明する。
【００５０】
前記任意角設定器８１、前記任意角設定器８２より基準面を傾斜させたい数値を前記傾斜駆動回路８３、前記傾斜駆動回路８４にそれぞれ入力する。
【００５１】
前記固定気泡管２０と前記任意角設定気泡管６５、及び前記固定気泡管２１と前記任意角設定気泡管６６の検出結果が同一かどうかをそれぞれ判定し、更にそれぞれ一致させる。この時、前記固定気泡管２０、前記固定気泡管２１は水平状態であれば好ましいが、必ずしも水平でなくとも飽和状態になっていなければ可能である。
【００５２】
両固定気泡管２０，２１と両任意角設定気泡管６５，６６との出力が一致すると、前記任意角設定気泡管６５、前記任意角設定気泡管６６とを前記任意角設定器８１、前記任意角設定器８２により設定した角度と一致させる様に傾斜させ、更に前記任意角設定気泡管６５及び前記任意角設定気泡管６６が水平になる様に前記レーザ投光器１０を傾斜させれば、求める任意角基準平面を形成するレーザ投光器１０の回転軸心となり、該レーザ投光器１０を回転させて基準面を形成すれば、所望のレーザ光線基準面が形成される。
【００５３】
更に、具体的に説明する。尚、前記任意角設定気泡管６５に対する角度設定作業と、前記任意角設定気泡管６６に対する角度設定作業とは同様な作業となるので、以下は前記任意角設定気泡管６５について説明する。
【００５４】
前記切換え回路８５に入力装置、或いは図示しない制御装置から切換え信号を入力し、前記固定気泡管２０からの信号と前記任意角設定気泡管６５からの信号とを前記角度検出回路８７に入力させる。該角度検出回路８７に於いて前記両気泡管２０，６５が検出する角度の偏差を求め、偏差が存在する場合は、この偏差信号を前記傾斜駆動回路８３に入力する。
【００５５】
該傾斜駆動回路８３は前記傾動モータ５８を駆動する。該傾動モータ５８の駆動によって前記傾動ギア５６が回転し、該傾動ギア５６の回転は前記傾動ギア５４を介して傾動螺子５２に伝達され、前記傾動ナット４８が所要の方向に上下移動する。前記傾動ナット４８の前記ナットピン５０と前記傾動ピン６０の係合により、前記傾動基板６２が前記偏差が０となる方向に傾動される。
【００５６】
前記傾動基板６２の傾動は前記任意角設定気泡管６５によって検出され、更に切換え回路８５を介して前記角度検出回路８７に入力される。
【００５７】
前記角度検出回路８７により、前記固定気泡管２０と前記任意角設定気泡管６５との検出角度の偏差が漸次演算され、該検出角度偏差は前記傾斜駆動回路８３にフィードバックされ、該検出角度偏差が０になる迄、前記傾動モータ５８が駆動される。
【００５８】
前記検出角度偏差が０となった状態は、前記レーザ投光器１０の軸心と前記任意角設定気泡管６５、前記任意角設定気泡管６６が検出した平面とが垂直となっている。
【００５９】
次に、前記任意角設定器８１より設定角度を前記傾斜駆動回路８３に入力し、傾斜基準面設定作動を開始させる。
【００６０】
該傾斜駆動回路８３に於いて前記任意角設定器８１によって入力された設定角度に対応した角度になる様に前記傾動モータ５８を駆動し、前記傾動基板６２を求める傾斜基準面とは逆の方向に傾斜させる。
【００６１】
ここで、傾動モータ５８は、例えばパルスモータを用い、傾斜駆動回路８３は傾動基板６２の傾動角度とその傾動に必要なパルスモータのパルス数を予め記憶し、任意角設定器８１により設定された角度に対応したパルス数を出力して傾動モータ５８を駆動させる。
【００６２】
該傾動モータ５８によって前記傾動螺子５２が回転され、前記傾動ナット４８が所要の方向、例えば下方に移動される。
【００６３】
傾動ナット４８の動きは前述した様に前記ナットピン５０、前記傾動ピン６０を介して前記傾動基板６２に伝達され、該傾動基板６２を前記球６７を中心に図２５中反時計方向に傾動させる。
【００６４】
前記した様に、傾動ピン６０は前記ガイドピン７１にガイドされ垂直方向のみに傾動し、従って前記傾動ピン６０の傾動は前記任意角設定気泡管６６の傾斜に影響を与えない。
【００６５】
前記傾動基板６２の傾動によって前記角度検出回路８７からの出力値が変化し、前記傾斜駆動回路８３で演算した比較結果が減少する。
【００６６】
該比較結果が０となると、前記傾動モータ５８の駆動が停止し、前記傾動基板６２の傾斜設定作業が完了するが、この完了の信号は前記切換え回路８５にも入力され、前記任意角設定気泡管６５からの信号のみが前記基準角度９１に入力される様に回路の切換えが行われる。
【００６７】
尚、前記任意角設定気泡管６６に関しての傾動作動も同様に行われるが、前述した様に傾動ピン６０は前記ガイドピン７１にガイドされているので、任意角設定気泡管６６の傾動作動は前記任意角設定気泡管６５に影響を与えない。従って、前記傾動基板６２の２方向の傾動作動はそれぞれ独立して制御可能であり、傾動基板６２の２方向の傾動作動に関する制御シーケンスは簡単である。
【００６８】
前記傾動基板６２の傾斜設定作業が完了すると、前記任意角設定気泡管６５の検出結果を基に、傾斜基準面の設定の為、前記レーザ投光器１０の傾動作業が開始される。このレーザ投光器１０の傾動作業の設定作動は、前記任意角設定気泡管６５の検出結果が水平を示す様になされるが、該作動は前記固定気泡管２０、前記固定気泡管２１を基に整準作業を行った場合と同様であるので説明を省略する。
【００６９】
傾斜基準面の設定作動が完了した状態を図２９で示す。この傾斜基準面の設定作動が完了した状態では、前記傾動基板６２が水平となっている。
【００７０】
前記固定気泡管２０と前記任意角設定気泡管６５との一致作動は、前記傾動基板６２の傾動作動精度を保証する為に行われるが、傾動作動を行う度に、或は所要回数繰返した後で行ってもよい。
【００７１】
図３２は前記任意角設定器８１、前記任意角設定器８２を内蔵したコントローラ９６の１例を示しており、前記傾動基板６２の傾斜を、Ｘ−Ｙの２軸の傾斜によって支持する様になっており、設定した数値は表示部９７、表示部９８に表示される様になっている。
【００７２】
以上は、レーザ光線で形成される基準面をどの向きに向かって傾斜させるかについては調整が完了しているとして説明したが、実際には先ずレーザ測量機のレーザ照射装置４の向きを傾斜させたい方向（水平方向の向き）に正確に設定する作業を行う。
【００７３】
従来、傾斜させたい向きに設定する作業は、図２５に示される様にレーザ照射装置４の上面に設けられた視準器７５を利用して行われていた。レーザ照射装置４内に構成された傾斜設定機構の傾斜方向と、傾斜を設定及び検出する気泡管の長手方向とは平行に構成され、同様に前記視準器７５の視準方向も平行になる様に機械的な関係が設定されている。レーザ照射装置４の向きもこれに合わせている。前記視準器７５を傾斜させたい方向に設定する作業とは、レーザ照射装置４を回転又は移動して、レーザ照射装置４内に構成された傾斜設定機構の傾斜方向及び気泡管を所定の方向に向けることに他ならない。ところで、レーザ照射装置４は通常、三脚上に取付けられているので、三脚上での操作を説明する。
【００７４】
傾斜を設定すべき方向には予めターゲット等の目標物（図示せず）が設置されており、該目標物に視準器７５でレーザ測量機本体を正確に対向させることでレーザ照射装置４の向きを傾斜させたい方向に設定する。
【００７５】
レーザ照射装置４を固定している螺子（図示せず）を緩め、レーザ照射装置４を回転させる。視準器７５より目標物を視準してレーザ照射装置４の向きを目標物に正確に設定する。
【００７６】
【発明が解決しようとする課題】
上記レーザ測量機の一連の設定作業の内傾斜角（高低角）の設定は、上記説明でも明らかな様に、水平を基準とし、気泡管等の傾斜検出器により電気的に検出した傾斜情報により行われるので測量者の人為的誤差は介在しない。従って、高い精度で傾斜角の設定を行える。
【００７７】
ところが、傾斜させたい向きにレーザ照射装置４を設定させる作業は視準器７５を使用し、合致したかどうかは測量者の人為的判断によっている。更に、元来視準器７５は高度の技術を要せずに視準をするものであり、視準望遠鏡と異なり視準精度は良くない。この為、視準器７５による向き設定は、視準器７５自体の精度の低さに人為的誤差も介在して、向きの設定は充分な精度であるとは言えなかった。視準器７５による向き設定は、余り精度を要求されない従来の土木作業等では特に問題がなかったが、近年の機械化された土木工事で高精度が要求される状況では精度的な問題が生じていた。
【００７８】
本発明は斯かる実情に鑑み、レーザ測量機の高低角を設定する場合のレーザ測量機の向き設定を人為的誤差をなくして精度良く自動的に設定可能としようとするものである。
【００７９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、レーザ光線を回転照射し基準面を形成し、形成された基準面を傾斜させる傾斜手段を有するレーザ照射装置と、該レーザ照射装置に設けられ、検出レーザ光線を水平方向に発すると共に所要範囲で又は全周回転させ、該検出レーザ光線の反射から傾斜設定方向に置かれた対象反射体を検出する対象反射体検出装置と、前記レーザ照射装置と前記対象反射体検出装置とを一体に回転させる本体回転装置とから構成され、前記対象反射体検出装置は検出レーザ光線の射出方向を検出する角度検出器を有し、前記傾斜手段の傾斜方向と合致する基準位置を検出可能であり、該基準位置と前記検出レーザ光線の反射から前記傾斜設定方向と前記傾斜手段の傾斜方向との誤差を検出し、前記本体回転装置は前記対象反射体検出装置の検出した誤差を解消する様、前記レーザ照射装置を回動し、前記傾斜手段の傾斜方向を前記対象反射体に向け、該対象反射体の方向に前記基準面の傾斜を設定可能としたレーザ測量機に係り、又前記対象反射体検出装置は、前記検出レーザ光線を発する発光部と、前記レーザ光線を往復走査させる回動部と、該回動部の回転位置を検出するエンコーダと、前記対象反射体からの反射レーザ光線を受光検出する反射光検出部と、該反射光検出部と前記エンコーダの信号に基づき前記対象反射体の中心を検知する位置判別部とを有し、前記本体回転装置は前記レーザ照射装置を回動させる回動モータと、前記位置判別部の信号に基づいて前記回動モータを制御する回動制御部とを具備するレーザ測量機に係り、又対象反射体検出装置が検出レーザ光線を鉛直方向に扇状に広げて照射する光学手段を有するレーザ測量機に係り、又対象反射体検出装置が検出レーザ光線を水平方向、鉛直方向の２方向に往復走査可能としたレーザ測量機に係り、又対象反射体検出装置が本体回転装置と一体化し、鉛直方向に鉛直レーザ光線を照射する鉛直レーザ光線発光部と、該鉛直レーザ光線発光部から照射される鉛直レーザ光線を鉛直方向に向ける鉛直補償機構とを具備するレーザ測量機に係り、又レーザ照射装置の傾斜手段の傾斜方向と対象反射体検出装置からの検出レーザ光線の方向とが所定の角度を有するレーザ測量機に係り、又対象反射体検出装置と本体回転装置とをレーザ照射装置に対して着脱可能としたレーザ測量機に係り、更に又回転装置が回転拘束手段と回転ノブの回転を対象反射体検出装置の回転に変換する手動回転手段と所要の回転力以上で回転を許容する手段とを具備するレーザ測量機に係るものである。
【００８０】
従って、本発明では対象反射体検出装置が対象反射体の位置を検出し、レーザ照射装置の基準レーザ光線の照射方向が自動的に設定されるので、レーザ光線による基準線、基準面の形成が容易となると共に作業性、精度が向上する。
【００８１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の一実施の形態を説明する。
【００８２】
本発明では、傾斜させたい方向に対象物（対象反射体１６８）を置き、レーザ光線照射装置１がレーザ光線を対象反射体１６８に向かって照射し、該対象反射体１６８から反射されたレーザ光線をレーザ光線照射装置１自体が認識し、該対象反射体１６８に対する前記レーザ光線照射装置１、実質的には内蔵された傾斜設定機構の傾斜方向の向きを修正するものである。
【００８３】
前記レーザ光線照射装置１はレーザ照射装置４、該レーザ照射装置４の上部に取付けられる対象反射体検出装置３、前記レーザ照射装置４の下部に取付けられる本体回転装置１５１を有する。前記対象反射体検出装置３は前記対象反射体１６８に向かって該対象反射体１６８検出用のレーザ光線を発し、前記レーザ照射装置４は基準線或は基準面を形成するレーザ光線を発する。又前記対象反射体検出装置３から発するレーザ光線と前記レーザ照射装置４の傾斜設定機構の傾斜方向とは同一方である。尚、レーザ照射装置４については図２５で示したものと同様であるので説明を省略する。
【００８４】
前記本体回転装置１５１は図示しない三脚の托架部に取付けられ、前記レーザ照射装置４は前記本体回転装置１５１を介して托架部に取付けられ、該本体回転装置１５１は電池ボックス４５下面に設けられた三脚取付螺子１５２に固定螺子１５９により固着される。
【００８５】
回転枠１５４を軸受１５５を介して中空形状の固定枠１５６に回転自在に設ける。前記回転枠１５４は中央に下方に向けて中空の軸部１５３が突設され、該軸部１５３は前記固定枠１５６を回転自在に貫通する。前記軸部１５３に回動ギア１５７を固着し、更に軸部１５３にはエンコーダ１５８のパターンリング１５８ａが固着され、前記固定枠１５６側にはエンコーダ１５８の検出部１５８ｂが取付けられている。
【００８６】
回動モータ１６０は前記固定枠１５６の底面に設けられ、前記回動モータ１６０の出力軸に嵌着された出力ギア１６１が前記回動ギア１５７に噛合する。又、前記回転枠１５４と前記固定枠１５６間には前述したパターンリング１５８ａ、検出部１５８ｂから成るエンコーダ１５８が設けられ、該エンコーダ１５８により前記回転枠１５４と前記固定枠１５６との間の相対回転角度が検出される様になっており、検出された回転角度は固定枠１５６に設けられた回動制御部１６９に入力される。前記回動モータ１６０は該回動制御部１６９によって駆動され、又回転が制御される。
【００８７】
前記本体回転装置１５１を下面から貫通する固定螺子１５９が前記三脚取付螺子１５２に螺着し、レーザ照射装置４と本体回転装置１５１とを合体している。前記固定螺子１５９には下方より三脚取付用の螺子孔が穿設され、該螺子孔を介して図示しない三脚に固定する様にされている。而して、前記レーザ照射装置４は本体回転装置１５１に対して前記回動モータ１６０により回転され、その回転角は前記エンコーダ１５８により検出される。
【００８８】
次に、図４に於いて前記対象反射体検出装置３を説明する。該対象反射体検出装置３は発光部１６２、回動部１６３、反射光検出部１６４、走査制御部１６５、発光素子駆動部１６６、アライメント表示部１６７から構成される。
【００８９】
前記発光部１６２を説明する。レーザダイオード１０１の光軸上に、該レーザダイオード１０１側からコリメータレンズ１０２、孔明きミラー１０３が順次配設され、前記レーザダイオード１０１から射出されるレーザ光線は前記コリメータレンズ１０２により平行光束とされ、前記孔明きミラー１０３を通って前記回動部１６３へと射出される。前記レーザダイオード１０１は前記発光素子駆動部１６６により発光されるが、該発光素子駆動部１６６により変調が掛けられ、レーザダイオード１０１より発せられるレーザ光線は他の外来光とは区別できる様になっている。
【００９０】
前記回動部１６３は前記発光部１６２から入射されたレーザ光線を水平方向に射出走査するものであり、該発光部１６２からのレーザ光線の光軸を９０°変向する前記ミラー１７５が前記発光部１６２の光軸を中心に回転自在に支持され、更に走査モータ１７６によりギア１７７、走査ギア１７８を介して回転される。前記ミラー１７５と一体に回転する様エンコーダ１０５を設ける。
【００９１】
該エンコーダ１０５はロータ１０９と検出器１０７から構成され、基準位置を示すインデックスが設けられたインクリメンタルエンコーダである。インデックスが示す基準位置からの出力をカウントすることで、基準位置からの角度を検出することができる。基準位置を示すインデックスが検知された時がレーザ光線の照射方向と傾斜設定機構の傾斜方向とが一致した時、又は所定の位置関係になった時である。所定の位置関係とは、例えば９０°方向、１８０°方向である。往復走査は傾斜方向を中心に左右略同じ角度で行われる。
【００９２】
前記対象反射体１６８は前記回動部１６３から射出されたレーザ光線が照射された時に該回動部１６３に向かってレーザ光線を反射する様になっている。前記対象反射体１６８は、例えば図５（Ａ）、図６（Ａ）に示される。図５（Ａ）に示されるものは基板１２１上に反射層１２２が形成され、前記回動部１６３からの光を再び該回動部１６３へ入射させる様反射する。前記反射層１２２はビーズ、微小なプリズム等から構成される再帰反射面である。又、図６（Ａ）に示されるものは、該反射層１２２を前記基板１２１の両幅端部に形成し、反射層を２つとし、前記対象反射体１６８からの反射と不要な反射物からの反射とを区別し易くしたものである。
【００９３】
而して、図５（Ａ）で示す対象反射体１６８をレーザ光線が走査すると、前記対象反射体１６８からの反射レーザ光線は図５（Ｂ）の様に対象反射体１６８と同幅を有するパルス状となり、図６（Ａ）で示す対象反射体１６８をレーザ光線が走査すると、前記対象反射体１６８からの反射レーザ光線は図６（Ｂ）の様に前記図５（Ｂ）の中間部が抜けた２つのパルス状となる。
【００９４】
前記対象反射体１６８からの反射レーザ光線は前記ミラー１７５に入射し、前記ミラー１７５に入射した反射レーザ光線は前記孔明きミラー１０３に向けて変向され、該孔明きミラー１０３は前記反射光検出部１６４に反射レーザ光線を入射させる。
【００９５】
次に、前記反射光検出部１６４について説明する。
【００９６】
前記孔明きミラー１０３の反射光軸上にコンデンサレンズ１１０、フォトダイオード等から成る第１受光器１１４を前記孔明きミラー１０３側から順次配設し、前記第１受光器１１４が前記対象反射体１６８からの反射レーザ光線を受光する様にし、該第１受光器１１４からの出力は反射光検出回路１１６に入力される。該反射光検出回路１１６はレーザ光線の受光信号を検出する為の電気的フィルタ（図示せず）を具備しており、前記第１受光器１１４からの受光信号の内変調が掛けられたレーザ光線を他の外来光から抽出して検出し、更に増幅等所要の信号処理をして前記アライメント表示部１６７に出力する。
【００９７】
該アライメント表示部１６７は、位置判別部１１７と、表示器１１８を有し、前記位置判別部１１７には前記反射光検出回路１１６からの前記第１受光器１１４の受光状態を示す信号が入力されると共に前記回動部１６３に設けられた前記ミラー１７５の回転位置を検出する前記エンコーダ１０５からの角度信号が入力される。該エンコーダ１０５からの角度信号は、前記対象反射体１６８からの反射レーザ光線を受光した時点の受光状態に対応する前記エンコーダ１０５の角度信号である。従って、図５に示す前記対象反射体１６８からの反射レーザ光線を受光して得られた信号（図５（Ｂ）参照）の立上がりと立下がり時点の前記エンコーダ１０５の信号、基準位置からの角度信号を得ることで前記対象反射体１６８の重心位置、即ち対象反射体１６８の中心位置は容易に求めることができる。
【００９８】
又、図６に示す前記対象反射体１６８についても同様に反射レーザ光線を受光して得られた信号（図６（Ｂ）参照）の立上がりと立下がり時点の前記エンコーダ１０５の信号、基準位置からの角度信号を得ることで前記対象反射体１６８の重心位置、即ち対象反射体１６８の中心位置を求めることができる。
【００９９】
前記位置判別部１１７は前記反射光検出回路１１６の受光信号及び前記エンコーダ１０５からの角度信号から、受光信号の重心位置、即ち前記対象反射体１６８の中心位置を演算し、演算結果を前記表示器１１８及び前記回動制御部１６９に入力する。該表示器１１８は前記レーザ照射装置４の向きがずれていると、該レーザ照射装置４の修正すべき向きを表示する方向矢印１１８ａ，１１８ｃで示し、更に該レーザ照射装置４が前記対象反射体１６８に正対した場合は中央の表示部１１８ｂで知らせる。図７により傾斜方向の設定、傾斜基準面の形成について説明する。
【０１００】
測定斜面に対象反射体１６８を設置し、前記視準器７５により前記レーザ光線照射装置１の向きを前記対象反射体１６８に概略合せる（図７（Ａ））。前記対象反射体検出装置３より検出用レーザ光線を照射し、前記走査モータ１７６により前記ミラー１７５を所要角度の範囲で往復回転し、照射レーザ光線を往復走査する。前記本体回転装置１５１を駆動し、前記レーザ照射装置４を介して前記対象反射体検出装置３を回転する。即ち、前記対象反射体検出装置３から照射される検出用レーザ光線は往復走査しながら対象反射体１６８を検知すべく全周回転される。
【０１０１】
検出用レーザ光線が前記対象反射体１６８を通過し、該対象反射体１６８からの反射光を前記対象反射体検出装置３が検知すると、検知した位置を基準と実際に検出用レーザ光線を照射している方向との位置関係が前記表示器１１８に表示される。即ち、表示器１１８は照射方向が基準方向よりずれている場合、向きを戻す方向の矢印１１８ａを点灯し、照射方向が基準方向に合致した場合は前記表示部１１８ｂが点灯して知らせる。
【０１０２】
レーザ光線照射装置１の傾斜方向の誤差の補正として、対象反射体装置３にエンコーダ１０５及び本体回転装置１５１にエンコーダ１５８が設けられている場合及び本体回転装置１５１にエンコーダ１５８がない場合が考えられ、先ずエンコーダ１５８がある場合を説明する。対象反射体装置３が往復走査をし対象反射体１６８を検知すると、エンコーダ１０５の出力からレーザ光線照射装置１の傾斜方向との誤差を演算し、本体回転装置１５１に出力する。本体回転装置１５１は対象反射体装置３からの出力信号に基づいて誤差を補正する方向に回転する。回転量はエンコーダ１５８より算出する。
【０１０３】
次に、本体回転装置１５１のエンコーダ１５８がない場合の誤差の補正を説明する。対象反射体装置３が対象反射体１６８を往復走査すると、対象反射体１６８より立上がり又は立下がりの検知信号が得られる。エンコーダ１０５上の検知信号の位置の中心にインデックスが位置していればレーザ光線照射装置１の傾斜方向である。検知信号の中心にインデックス信号が位置する様に本体回転装置１５１を回転させればよい。但し、検知と回転を繰返すフィードバックの必要がある。
【０１０４】
検出用レーザ光線の照射方向が基準方向に一致したら、前記レーザ照射装置４の傾斜設定機構により基準方向でのレーザ光線の傾斜角を設定する。傾斜角の設定が完了すると前記レーザ照射装置４側の走査モータ１５が（図２５、図２９参照）駆動して基準レーザ光線を全周走査して傾斜基準面を形成する。尚、傾斜方向の設定後に傾斜基準面の形成をすると説明したが、最初に基準面の設定を行ってもよい。傾斜方向の設定後に基準面にずれが生じても補正は容易である。概略方向を合わせておく場合には補正量も小さい。
【０１０５】
図８に於いて第２の実施の形態を説明する。該第２の実施の形態では対象反射体１６８が図１０に示される様に、基板１２１上に反射層１２２が形成され、図中左半分にλ／４複屈折部材１２３が貼設され、例えば前記反射層１２２露出部分が入射光束の偏光方向を保存して反射する偏光保存反射部、前記λ／４複屈折部材１２３部分が入射光束に対して偏光方向を変換して反射する偏光変換反射部として偏光方向が異なる様に構成されたものである。
【０１０６】
前記反射層１２２は再帰反射材から成り、複数の微小なコーナキューブ、又は球反射体等を配置したものである。又、前記λ／４複屈折部材１２３は入射光束に対して偏光反射光束がλ／４の位相差を生じさせる作用を有する。
【０１０７】
次に、該第２の実施の形態に於ける対象反射体検出装置３を説明する。
【０１０８】
直線偏光のレーザ光線を射出するレーザダイオード１０１の光軸上に、該レーザダイオード１０１側からコリメータレンズ１０２、第１λ／４複屈折部材１０４、孔明きミラー１０３が順次配設され、前記レーザダイオード１０１から射出される直線偏光のレーザ光線は前記コリメータレンズ１０２により平行光束とされ、前記第１λ／４複屈折部材１０４で円偏光に変換される。円偏光のレーザ光線は前記孔明きミラー１０３を通って回動部１６３へと射出される。該回動部１６３は発光部１６２から入射されたレーザ光線を基準平面に射出走査する。
【０１０９】
又、該回動部１６３には前記対象反射体１６８からの偏光反射レーザ光線が入射する様になっており、前記ミラー１７５に入射した偏光反射レーザ光線は前記孔明きミラー１０３に向けて変向され、該孔明きミラー１０３は反射光検出部１６４に偏光反射レーザ光線を入射させる。
【０１１０】
次に、前記反射光検出部１６４について説明する。
【０１１１】
前記孔明きミラー１０３の反射光軸上にコンデンサレンズ１１０、第２λ／４複屈折部材１１１、ピンホール１１２、偏光ビームスプリッタ１１３、フォトダイオード等から成る第１受光器１１４を前記孔明きミラー１０３側から順次配設し、前記偏光ビームスプリッタ１１３の反射光軸上にフォトダイオード等から成る第２受光器１１５を配設する。前記第１受光器１１４、前記第２受光器１１５からの出力は反射光検出回路１１６に入力される。
【０１１２】
前記偏光ビームスプリッタ１１３は前記反射光検出部１６４に入射する偏光反射レーザ光線を分割して前記第１受光器１１４、前記第２受光器１１５に入射させるが、前記発光部１６２から射出されたレーザ光線が前記λ／４複屈折部材１２３を２回透過し本体に戻ってきた偏光反射レーザ光線が前記第１受光器１１４に、又それとは異なる偏光方向の反射層１２２からのレーザ光線が前記第２受光器１１５に入射する様、前記第２λ／４複屈折部材１１１、前記偏光ビームスプリッタ１１３を配置する。
【０１１３】
前記偏光反射光検出回路１１６の一例を図９により説明する。
【０１１４】
前記第１受光器１１４、前記第２受光器１１５の出力はアンプ１３１、アンプ１３５を介して差動アンプ１３２に入力され、又該差動アンプ１３２の出力は同期検波部１３３を介して差動アンプ１３４に入力される。又、前記第１受光器１１４、前記第２受光器１１５の出力は前記アンプ１３１、前記アンプ１３５を介して加算アンプ１３６に入力され、該加算アンプ１３６の出力は同期検波部１３８を介して差動アンプ１３９に入力される。該差動アンプ１３９、及び前記差動アンプ１３４の出力は走査制御部１６５、発光素子駆動部１６６、アライメント表示部１６７に入力される様になっている。又、前記発光素子駆動部１６６は前記反射光検出回路１１６からのクロック信号を基に前記レーザダイオード１０１から射出される偏光レーザ光線をパルス変調する。
【０１１５】
前記発光素子駆動部１６６により駆動される前記レーザダイオード１０１が発する偏光レーザ光線は、発振回路１４０からのクロック信号を基に変調されている。前記レーザダイオード１０１からの射出された直線偏光のレーザ光線は、前記コリメータレンズ１０２で平行光束にされ、更に前記第１λ／４複屈折部材１０４を透過することで円偏光のレーザ光線となる。円偏光レーザ光線は前記孔明きミラー１０３を透過し、前記ミラー１７５により基準平面に変向され射出される。
【０１１６】
該ミラー１７５は前記走査モータ１７６により前記ギア１７７、前記走査ギア１７８を介して所要角度の範囲で往復走査される。ミラー１７５から射出される偏光レーザ光線は往復走査しながら前記本体回転装置１５１により全周に走査する。
【０１１７】
回転の走査により偏光レーザ光線が前記対象反射体１６８を通過する。通過した際に前記対象反射体１６８により偏光レーザ光線が反射され、該偏光反射レーザ光線が前記ミラー１７５に入射する。
【０１１８】
前記した様に、対象反射体１６８の半面は単に反射層１２２であり、又他の半面はλ／４複屈折部材１２３が貼設されている。従って、前記反射層１２２露出部分で反射された偏光反射レーザ光線は入射偏光レーザ光線の偏光状態が保存された円偏光であり、前記λ／４複屈折部材１２３を透過して前記反射層１２２で反射され、更に前記λ／４複屈折部材１２３を透過した偏光反射レーザ光線は、入射偏光レーザ光線の偏光状態に対してλ／２位相がずれた円偏光となり、反射面により偏光方向が異なる様になっている。
【０１１９】
前記対象反射体１６８で反射された偏光反射レーザ光線は、前記ミラー１７５により９０°変向され前記孔明きミラー１０３に入射し、該孔明きミラー１０３は反射レーザ光線をコンデンサレンズ１１０に向けて反射する。前記コンデンサレンズ１１０は反射レーザ光線を収束光として第２λ／４複屈折部材１１１に入射する。円偏光で戻ってきた反射レーザ光線は前記第２λ／４複屈折部材１１１により直線偏光に変換され、ピンホール１１２に入射する。前記した様に反射層１２２露出部分で反射された反射レーザ光線とλ／４複屈折部材１２３で反射された反射レーザ光線とでは位相がλ／２異なっている為、前記第２λ／４複屈折部材１１１により直線偏光に変換された２つの反射レーザ光線では偏光面が９０°異なっている。
【０１２０】
該ピンホール１１２は対象反射体検出装置３から射出された偏光レーザ光線に対して光軸のずれた正対しない反射レーザ光線を第１受光器１１４、第２受光器１１５に入射しない様にする作用を有し、該ピンホール１１２を通過した反射レーザ光線は前記偏光ビームスプリッタ１１３に入射する。
【０１２１】
該偏光ビームスプリッタ１１３は、前記発光部１６２から射出した偏光レーザ光線と偏光方向が同様の偏光のレーザ光線を透過し、発光部１６２から射出した偏光レーザ光線と９０°偏光方向が異なる偏光のレーザ光線を反射する作用を有し、偏光ビームスプリッタ１１３を透過した反射レーザ光線は、該偏光ビームスプリッタ１１３によって直交する偏光成分とに分割され、前記第１受光器１１４、前記第２受光器１１５は分割された反射レーザ光線をそれぞれ受光する。
【０１２２】
該第１受光器１１４、該第２受光器１１５の受光状態は、対象反射体検出装置３の外でλ／４複屈折部材を２回透過した偏光反射レーザ光線、即ち前記対象反射体１６８の前記λ／４複屈折部材１２３部分で反射された偏光反射レーザ光線が前記反射光検出部１６４に入光すると、前記した第２λ／４複屈折部材１１１と偏光ビームスプリッタ１１３の関係から、前記第１受光器１１４に入射する光量の方が前記第２受光器１１５に入射する光量よりも多くなり、又λ／４複屈折部材を透過していない偏光反射レーザ光線、即ち前記対象反射体１６８の前記反射層１２２露出部分で反射された偏光反射レーザ光線が入光すると前記第２受光器１１５に入射する光量の方が前記第１受光器１１４に入射する光量よりも多くなる。
【０１２３】
而して、前記第１受光器１１４、前記第２受光器１１５への偏光反射レーザ光線の入射光量の差を取ることで、入射した偏光反射レーザ光線が前記対象反射体１６８の前記反射層１２２露出部で反射されたものか、前記λ／４複屈折部材１２３部分で反射されたものかを識別することができる。即ち、前記反射層１２２露出部と前記λ／４複屈折部材１２３部分との境界、即ち前記対象反射体１６８の中心を検出できる。
【０１２４】
更に詳述する。
【０１２５】
前記λ／４複屈折部材１２３を２回透過した反射レーザ光線の場合、前記反射光検出部１６４の第１受光器１１４に入射する光量の方が第２受光器１１５に入射する光量より多くなる。その信号を図１１中ａ，ｂに示す。第１受光器１１４、第２受光器１１５からの信号を前記アンプ１３１、前記アンプ１３５で増幅し、前記差動アンプ１３２にて差を取る。その信号を図１１中ｃに示す。該差動アンプ１３２の出力信号を前記発振回路１４０からのクロック１で同期検波すると、バイアス電圧に対し正の電圧（図１１中ｄで示す）、クロック２で同期検波すると、バイアス電圧に対し負の電圧（図１１中ｅで示す）が得られる。同期検波で得られた電圧の差を取ると（ｄ−ｅ）、前記差動アンプ１３４の出力はバイアス電圧に対し正の電圧（図１１中ｆで示す）が得られる。
【０１２６】
前記λ／４複屈折部材１２３を透過していない反射レーザ光線の場合、前記反射光検出部１６４の第２受光器１１５に入射する光量の方が第１受光器１１４に入射する光量より多くなる。その信号を図１１中ｈ，ｉに示す。第１受光器１１４、第２受光器１１５からの信号を前記アンプ１３１、前記アンプ１３５で増幅し、前記差動アンプ１３２にて差を取る。その信号を図１１中ｊで示す。該差動アンプ１３２の出力信号を前記発振回路１４０からの前記クロック１で同期検波すると、バイアス電圧に対し負の電圧（図１１中ｋで示す）、前記クロック２で同期検波すると、バイアス電圧に対し正の電圧（図１１中ｌで示す）が得られる。同期検波で得られた電圧の差を取ると（ｋ−ｌ）、前記差動アンプ１３４の出力はバイアス電圧に対し負の電圧（図１１中ｍで示す）が得られる。
【０１２７】
図１０、図１２（Ａ）に示す対象反射体１６８を偏光レーザ光線が走査した場合、反射光検出回路１１６の差動アンプ１３４の出力は図１２（Ｂ）に示す波形となる。該差動アンプ１３４の出力に正の信号が出て、正の信号の立下がりから所定時間以内に負の信号の立下がりがあった場合、位置判別部１１７は前記対象反射体１６８であると識別し、更に信号の立下がりがあった場合の境界位置（信号値が０）を前記対象反射体１６８の中心と判断する。
【０１２８】
尚、前記対象反射体１６８を用いた場合、偏光レーザ光線の回転方向が逆であると前記反射光検出回路１１６の前記差動アンプ１３４の出力信号の正負が逆の順番になることは言う迄もない。
【０１２９】
対象反射体１６８の中心が求められた後のレーザ照射装置４の向きの修正については前述した実施の形態と同様であるので説明を省略する。
【０１３０】
次に図１３〜図１５に於いて、レーザ照射装置４を手動により回転し、レーザ照射装置４の向きを調整する手動式の本体回転装置１５１を具備したレーザ光線照射装置１を説明する。
【０１３１】
回転枠１５４を軸受１５５を介して中空形状の固定枠１５６に回転自在に設ける。前記回転枠１５４は中央に下方に向けて中空の軸部１５３が突設され、該軸部１５３は前記固定枠１５６を回転自在に貫通する。前記軸部１５３に固定環１４５を回転自在に嵌合し、該固定環１４５の下側にウェーブワッシャ１４６を介在させウォームホイール１４７を嵌合させ、又前記固定枠１５６を回転自在に貫通する微調整ロッド１４２を設け、該微調整ロッド１４２の先端には前記ウォームホイール１４７に噛合するウォームギア１４３を形成する。又、前記固定環１４５には前記固定枠１５６を回転自在に貫通する固定螺子１４８が螺合し、該固定螺子１４８の先端は前記軸部１５３に当接可能となっている。前記微調整ロッド１４２の外部突出端には回転ノブ１９９を設け、前記固定螺子１４８の外部突出端には固定ノブ２００が設けられている。
【０１３２】
レーザ照射装置４の向きの調整について説明する。
【０１３３】
粗調整は前記固定ノブ２００を回して前記固定螺子１４８を緩め、前記レーザ照射装置４を所要方向に手動で回転する。前記ウォームホイール１４７と前記軸部１５３間には前記ウェーブワッシャ１４６による摩擦力が作用しており、前記レーザ照射装置４に掛ける回転力を前記摩擦力より大きくすると手動で回転する。次に微調整は、前記回転ノブ１９９を回して微調整ロッド１４２を回転することで前記ウォームギア１４３、前記ウォームホイール１４７を介して前記レーザ照射装置４が微回転する。
【０１３４】
而して、該レーザ照射装置４を所要方向に正確に対向させることができる。前記レーザ照射装置４の方向が決定すると前記固定螺子１４８を締込み、レーザ照射装置４をロックする。
【０１３５】
図１６、図１７は対象反射体検出装置３の他の例を示しており、レーザ光線の照射窓にシリンドリカルレンズ１７９を前記ミラー１７５と一体に回転する様にしたものであり、前記シリンドリカルレンズ１７９を通すことでレーザ光線が上下方向にのみ拡大し、扇状のビームとしたものである。斯くの如くビームを上下方向に拡大すると対象反射体１６８の位置がレーザ光線の光軸に対して上下方向にずれていても該対象反射体１６８からの反射光が得られ、対象反射体１６８の検出範囲が拡大し、レーザ光線照射装置１と対象反射体１６８の最初の設置が容易になる。
【０１３６】
図１８、図１９に示すものは、レーザ光線を上下方向に往復走査可能としたものであり、凹字状のホルダブロック１８０に水平方向の軸心を有する回転軸１８１を介してミラー１７５が揺動自在に支持され、前記回転軸１８１には鉛直走査ギア１８２が固着され、該鉛直走査ギア１８２には鉛直走査モータ１８３の駆動ギア１８４が噛合している。前記回転軸１８１に関して回転軸１８１の回転角を検出するエンコーダ１８５を設ける。
【０１３７】
而して、前記鉛直走査モータ１８３により駆動ギア１８４、鉛直走査ギア１８２を介して前記ミラー１７５を上下方向に所要範囲で往復回転することで、レーザ光線を上下方向に走査でき、更に前記本体回転装置１５１によりレーザ照射装置４を回転することで、上下方向の往復走査しつつ、水平方向に回転して対象反射体１６８の検出を行うことができる。従って、上記した対象反射体検出装置３と同様、対象反射体１６８が光軸から外れていても該対象反射体１６８の検出を行うことができる。
【０１３８】
図２０、図２１に示すものは、レーザ光線を水平方向に往復走査可能とすると共に更にレーザ光線を上下方向に往復走査可能としたものである。
【０１３９】
ホルダブロック１８０に水平軸心を有する回転軸１８１を介してミラーホルダ１８６を回転自在に設け、該ミラーホルダ１８６にミラー１７５を鉛直軸１８７を中心に回転自在に設け、該ミラー１７５を鉛直軸心、水平軸心の２方向に回転自在に支持する。而して、前記走査モータ１７６によりギア１７７、走査ギア１７８を介して前記ミラー１７５を水平方向に往復回転させ得、又前記鉛直走査モータ１８３により駆動ギア１８４、鉛直走査ギア１８２、ミラーホルダ１８６を介して前記ミラー１７５を上下方向に往復回転させ得る。従って、前記レーザ照射装置４を回転させることで、前記対象反射体検出装置３から対象反射体１６８に対し照射するレーザ光線を上下方向、水平方向に往復走査させつつ水平方向に走査することができる。
【０１４０】
図１８、図１９で示した対象反射体検出装置３、図２０、図２１で示した対象反射体検出装置３の様に、レーザ光線を上下方向、水平方向に往復走査しつつ対象反射体１６８を検出する場合に、使用される対象反射体１６８を図２２、図２３で示す。該対象反射体１６８を用いた場合、水平方向、及び上下方向の中心位置を検出することができる。
【０１４１】
ここで本実施の形態に使用される前記対象反射体１６８を図２２（Ａ）で説明する。基板１２１上の中心位置に関して、上下左右の対称位置にも反射層１２２を設けたものであり、図２２（Ａ）では矩形の前記基板１２１の周囲に前記反射層１２２が形成されている。該対象反射体１６８に対して上下方向にレーザ光線を走査すると、水平方向に走査したのと同様図２２（Ｂ）に示す様にパルス状に２つの反射レーザ光線が受光されるので、受光光線の重心位置を演算することで垂直方向の中心位置が分る。
【０１４２】
従って、先ず水平方向の走査で水平方向の中心位置が求められ、次に水平方向の中心位置で上下方向に走査し、上下方向の中心位置即ち対象反射体１６８の中心位置を求める。該対象反射体１６８の中心を検出することで傾斜角が検出される。この検出された傾斜角に合致する様レーザ照射装置４側の傾斜機構でレーザ照射装置４からの基準レーザ光線の傾斜角を設定することも可能である。
【０１４３】
図２３は上下方向に往復走査させつつ本体回転装置１５１を回転させ、水平方向に走査させ、更に図８で示した対象反射体検出装置３の様にレーザ光線の偏光方向を検出できる反射光検出部１６４を有する場合に使用される対象反射体１６８の他の例を示している。
【０１４４】
矩形の基板１２１上に反射層１２２が形成され、対角線で２分割された１方にλ／４複屈折部材１２３が貼設され、他方は前記反射層１２２露出部分であり、該露出部分は入射光束の偏光方向を保存して反射する偏光保存反射部、前記λ／４複屈折部材１２３部分は入射光束に対して偏光方向を変換して反射する偏光変換反射部として偏光方向が異なる様構成されたものである。而して、分割された前記反射層１２２露出部分と前記λ／４複屈折部材１２３部分は走査方向の幅が走査位置の移動と共に逆比例する様に構成されている。
【０１４５】
前記反射層１２２露出部分で反射された反射レーザ光線と前記λ／４複屈折部材１２３で反射された反射レーザ光線とでは位相がλ／２異なっている為、前記第２λ／４複屈折部材１１１により直線偏光に変換された２つの反射レーザ光線では偏光面が９０°異なっている。従って、前述した様に反射層１２２露出部分で反射された反射レーザ光線とλ／４複屈折部材１２３で反射された反射レーザ光線とでは、図２３（Ｂ）に示される如く前記第１受光器１１４と前記第２受光器１１５に入射する光量に差異が生じる。
【０１４６】
而して、回転照射したレーザ光線を前記対象反射体１６８に走査し、更に走査位置を上下に移動することで、前記反射層１２２露出部分で反射された反射レーザ光線と前記λ／４複屈折部材１２３で反射された反射レーザ光線とで信号の強さが逆比例で変化し、両者の信号の一致したところが対象反射体１６８の中心であり、前記偏光反射光検出回路１１６により前記対象反射体１６８の中心を検知することができる。
【０１４７】
又、図２３で示される対象反射体１６８を使用した場合は、水平方向の往復走査を行い、更に上下方向の往復走査を行うことで、対象反射体１６８の中心が検出でき、傾斜角の検出を行うことができる。この検出された傾斜角に合致する様レーザ照射装置４側の傾斜機構でレーザ照射装置４からの基準レーザ光線の傾斜角を設定する。検出後の傾斜角の設定、基準面の形成の具体的な作動については前述した通りである。
【０１４８】
図２４は対象反射体検出装置３と本体回転装置１５１とを一体化し、レーザ照射装置４の下側に設け、更に鉛直レーザ光線を下方に発することができる様にすると共に常に鉛直方向を向く様な補正機構を具備した構成を示している。尚、図中図２中で示したものと同様な構成については同符号を付してあり、又対象反射体検出装置３の実質的構成については図２に於いて説明したものと同様であるので説明は省略する。又、本体回転装置１５１はモータ駆動であるが、図１４に示す手動の本体回転装置に鉛直レーザ光線を発する構成及び補正機構を組合わせたものに置換えてもよい。
【０１４９】
レーザ照射装置４に接続プレート１８９を固定螺子１５９により固定し、前記接続プレート１８９を介して対象反射体検出装置３を固着し、該対象反射体検出装置３の下面に本体回転装置１５１を固着する。回転枠１５４の中央より垂設した軸部１５３を中空とし該軸部１５３の内部に鉛直補償機構１９０を設ける。
【０１５０】
該鉛直補償機構１９０を説明する。軸受台１９１に揺動軸１９２を介して揺動自在に揺動ブロック１９３を設け、該揺動ブロック１９３に振り子１９４を揺動自在に垂下する。該振り子１９４に反射鏡１９５を設け、前記固定枠１５６の前記反射鏡１９５に対峙する位置にレーザダイオード等の発光体１９６とコリメータレンズ１９７等の光学系から成る鉛直レーザ光線発光部１９８を設ける。
【０１５１】
而して、前記鉛直レーザ光線発光部１９８から発せられたレーザ光線は前記反射鏡１９５により下方に向け反射される。反射方向は前記揺動ブロック１９３と前記振り子１９４が２方向に揺動自在であるので前記鉛直レーザ光線発光部１９８から発せられる鉛直レーザ光線は前記反射鏡１９５により常に鉛直下方に反射され、該鉛直レーザ光線の投影位置はレーザ測量機の設置点を示す。
【０１５２】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、測量機の設置方向を測量機自体で検知し、向きの設定を行うので、人為的誤差が介在せず正確であり、又検出レーザ光線を鉛直方向に広げることで対象反射体の検出範囲が広くなりレーザ測量機と対象反射体との位置合わせが簡単となり作業性が向上し、又下方にレーザ光線を発する場合はレーザ測量機の基準位置への合わせが容易になる。特に、レーザ測量機を地表より高い位置に設置しなければならない場合等特に有用である等の優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態のレーザ測量機の斜視図である。
【図２】該レーザ測量機の部分破断図である。
【図３】該レーザ測量機の対象反射体検出装置の部分概略図である。
【図４】該実施の形態の光学系、制御系を示すブロック図である。
【図５】（Ａ）（Ｂ）は対象反射体の一例を示す説明図である。
【図６】（Ａ）（Ｂ）は他の対象反射体の一例を示す説明図である。
【図７】該実施の形態の作動説明図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態の光学系、制御系を示すブロック図である。
【図９】該第２の実施の形態の反射光検出回路の一例を示す回路図である。
【図１０】該第２の実施の形態に用いられる対象反射体の斜視図である。
【図１１】前記反射光検出回路の作動説明図である。
【図１２】（Ａ）（Ｂ）は対象反射体、レーザ光線、反射光検出回路からの出力の関係を示す説明図である。
【図１３】レーザ照射装置の向きを手動で調整可能な手動調整機構を具備したレーザ測量機の斜視図である。
【図１４】該レーザ測量機の一部を破断した正面図である。
【図１５】同前手動調整機構部の要部平面図である。
【図１６】レーザ照射装置に設けられる対象反射体検出装置の他の例を示す断面図である。
【図１７】該対象反射体検出装置の要部平面図である。
【図１８】レーザ照射装置に設けられる対象反射体検出装置の更に他の例を示す断面図である。
【図１９】該対象反射体検出装置の要部平面図である。
【図２０】レーザ照射装置に設けられる対象反射体検出装置の又更に他の例を示す断面図である。
【図２１】該対象反射体検出装置の要部平面図である。
【図２２】（Ａ）（Ｂ）は対象反射体の一例を示す説明図である。
【図２３】（Ａ）（Ｂ）は他の対象反射体の一例を示す説明図である。
【図２４】他の実施の形態を示す部分断面図である。
【図２５】従来例を示す断面図である。
【図２６】図２５のＡ−Ａ矢視図である。
【図２７】図２５のＢ−Ｂ矢視図である。
【図２８】図２５のＣ−Ｃ矢視図である。
【図２９】従来例の作動説明図である。
【図３０】従来例の制御系を示すブロック図である。
【図３１】整準状態を示す線図である。
【図３２】コントローラの一例を示す説明図である。
【符号の説明】
３ 対象反射体検出装置
４ レーザ照射装置
１０１ レーザダイオード
１０３ 孔明きミラー
１０５ エンコーダ
１１４ 第１受光器
１１６ 反射光検出回路
１１７ 位置判別部
１１８ 表示器
１５１ 本体回転装置
１５７ 回動ギア
１６０ 回動モータ
１６２ 発光部
１６３ 回動部
１６４ 反射光検出部
１６６ 発光素子駆動部
１６７ アライメント表示部
１６９ 回動制御部
１７５ ミラー
１７６ 走査モータ
１７７ ギア
１９０ 鉛直補償機構
１９５ 反射鏡
１９８ 鉛直レーザ光線発光部

Claims (8)

1. レーザ光線を回転照射し基準面を形成し、形成された基準面を傾斜させる傾斜手段を有するレーザ照射装置と、該レーザ照射装置に設けられ、検出レーザ光線を水平方向に発すると共に所要範囲で又は全周回転させ、該検出レーザ光線の反射から傾斜設定方向に置かれた対象反射体を検出する対象反射体検出装置と、前記レーザ照射装置と前記対象反射体検出装置とを一体に回転させる本体回転装置とから構成され、前記対象反射体検出装置は検出レーザ光線の射出方向を検出する角度検出器を有し、前記傾斜手段の傾斜方向と合致する基準位置を検出可能であり、該基準位置と前記検出レーザ光線の反射から前記傾斜設定方向と前記傾斜手段の傾斜方向との誤差を検出し、前記本体回転装置は前記対象反射体検出装置の検出した誤差を解消する様、前記レーザ照射装置を回動し、前記傾斜手段の傾斜方向を前記対象反射体に向け、該対象反射体の方向に前記基準面の傾斜を設定可能としたことを特徴とするレーザ測量機。
2. 前記対象反射体検出装置は、前記検出レーザ光線を発する発光部と、前記レーザ光線を往復走査させる回動部と、該回動部の回転位置を検出するエンコーダと、前記対象反射体からの反射レーザ光線を受光検出する反射光検出部と、該反射光検出部と前記エンコーダの信号に基づき前記対象反射体の中心を検知する位置判別部とを有し、前記本体回転装置は前記レーザ照射装置を回動させる回動モータと、前記位置判別部の信号に基づいて前記回動モータを制御する回動制御部とを具備する請求項１のレーザ測量機。
3. 対象反射体検出装置が検出レーザ光線を鉛直方向に扇状に広げて照射する光学手段を有する請求項１のレーザ測量機。
4. 対象反射体検出装置が検出レーザ光線を水平方向、鉛直方向の２方向に往復走査可能とした請求項１のレーザ測量機。
5. 対象反射体検出装置が本体回転装置と一体化し、鉛直方向に鉛直レーザ光線を照射する鉛直レーザ光線発光部と、該鉛直レーザ光線発光部から照射される鉛直レーザ光線を鉛直方向に向ける鉛直補償機構とを具備する請求項１のレーザ測量機。
6. レーザ照射装置の傾斜手段の傾斜方向と対象反射体検出装置からの検出レーザ光線の方向とが所定の角度を有する請求項１のレーザ測量機。
7. 対象反射体検出装置と本体回転装置とをレーザ照射装置に対して着脱可能とした請求項１のレーザ測量機。
8. 回転装置が回転拘束手段と回転ノブの回転を対象反射体検出装置の回転に変換する手動回転手段と所要の回転力以上で回転を許容する手段とを具備する請求項１のレーザ測量機。

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