JP3930158B2 - Laser surveying equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザビームによる基準線を所定の面に対して水平方向または垂直方向に投射するレーザ測量装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、土木、建築などの分野では、水平線や垂直線の墨出しを行うためのレーザ測量装置(いわゆるレーザプレーナ)が使用されている。このレーザ装置はレーザ光を出射する投光部を回転させてこのレーザ光を周方向に走査し、レーザ光の軌跡によって壁面などの被投射面に垂直または水平方向の基準線を投射するものである。
【0003】
図22は、従来のレーザ測量装置の構成を示す断面図である。この図22は、水平方向へのレーザ光走査を行うためにレーザ測量装置を鉛直方向に立てた状態を示している。ハウジング81内に納められた鏡筒82は、レーザ測量装置の中心軸に沿ってその全体を貫通する中空のレーザ光光路82bとこのレーザ光光路82bから直角に分岐した中空のレーザ光光路82aとから構成されている。レーザ光光路82a内には、その端面側からレーザダイオード83,コリメータレンズユニット104,およびアナモプリズム84が固定されている。そして、レーザ光光路82aおよび82bの交点には、直角プリズム85が固定されている。
【0004】
レーザ光光路82b内には、図22において直角プリズム85から上方に向かって、前群レンズ86および後群レンズ87が固定されている。
鏡筒82の上端部には、ペンタプリズム89が納められた略円筒状の回転投光部88が、レーザ光光路82bに直交する面内で回転自在に取り付けられている。この回転投光部88の上端面および側方には、それぞれ開口部が形成されている。
【0005】
このような構成のレーザ測量装置において、レーザ光光路82aの端面に固定されたレーザダイオード83からレーザビームL10が出射されると、そのレーザビームL10は直角プリズム85において回転投光部88側に90゜反射され、前群レンズ86および後群レンズ87を透過してペンタプリズム89に入射する。ペンタプリズム89に入射したレーザビームL10は、第1反射面89aおよびこの第1反射面に対して45°傾いた第2反射面89bによって順次反射される。そして、第1反射面89aおよび第2反射面89bで反射されたレーザビームL11は、光入射面89dに対して直角をなしている光出射面89cから出射される。
【0006】
また、第1反射面89aには部分反射膜が形成されている。従って、一部のレーザビームL12がこの第1反射面89aを透過し、この第1反射面89a上に固定された楔形プリズム90を透過して回転投光部88上端面の開口部から出射される。
【0007】
そして、回転投光部88がレーザ光光路82bに直交する面内で回転されることにより、レーザビームL11は、回転投光部88の回転軸を中心に回転する。従って、この回転軸に直交する基準平面がレーザビームL11により形成される。また、回転投光部88の上端から出射されるレーザビームL12は天井などに測量基準点などを示すための基準スポットを形成する。
【0008】
このように、レーザ測量装置から出射されたレーザビームL11は、壁面などに基準平面を形成するため、正確に水平に出射される必要がある。同様に、天井等に基準スポットを形成するレーザビームL12も正確に鉛直に出射される必要がある。よって、レーザ測量装置の使用時には、レーザビームL11が正確に水平方向に出射されるように、整準作業を行う必要がある。
【0009】
以下、レーザビームL11が正確に水平に出射されるための整準機構を説明する。鏡筒82の上端側には、半球面形状を有する膨出部91が形成されており、ハウジング81内に形成された摺動孔81a内に当接した状態で保持されている。鏡筒82のハウジング81に対する保持は、この部分の接触によってのみなされているので、摺動孔81a内で膨出部91の半球面部分を回転させることにより、鏡筒82全体をあらゆる方向に傾動させることができる。
【0010】
また、ハウジング81内には、レベル調整用モータ98によって回転されるスクリュー97が設けられている。このスクリュー97には、ナット99が螺合されている。このナット99はスクリュー97の回転に伴って上下動される。ナット99の外面には、作動ピン101が突出形成されている。作動ピン101には膨出部91に形成された駆動アーム96と連通するピン100が接触しており、これにより、膨出部91のX方向(紙面内での回転方向)の回転が規制されている。
【0011】
さらに、鏡筒82内において直角プリズム85の下方には、鏡筒82のX方向の傾きを検出するX方向のチルトセンサ103が固定されている。このチルトセンサ103によって検知された傾きに応じてレベル調整用モータ98の回転制御が行われ、これによって、スクリュー97が回転される。するとこのスクリュー97の回転に伴ってナット99が上下動され、作動ピン101およびピン100を介してリンクされた膨出部91が、X方向に回転される。なお、X方向のチルトセンサの側方には、Y方向(図面中鉛直方向に沿って紙面に直交する面内での回転方向)の傾きを検出するY方向のチルトセンサ102が固定されている。また、図面中には示されていないが、ハウジング81内には、チルトセンサ102によって検出される傾きの大きさに応じて、膨出部91のY方向の回転を規制するための機構もX方向と同様に設けられている。このようにして、鏡筒82が常に鉛直方向を向くように、すなわち、レーザビームL11が常に水平に出射されるように調整される。従って、レーザビームL11は常に正確な基準面を形成することができる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来のレーザ測量装置の構造では、レーザビームL11を水平に出射させるための整準作業は、レベル調整用モータ98やスクリュー97,ナット99等を用いて鏡筒82を傾けることにより行われている。このために、レーザ測量装置の構造が複雑になってしまうという問題があった。
【0013】
また、従来のレーザ測量装置では、整準作業を行う際にレベル調整用モータ98が用いられているため、消費電力が大きいという問題があった。
そこで、整準のための構造を簡単にすることができ、しかも整準作業を行うために電力を消費しないレーザ測量装置を提供することを、本発明の課題とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のレーザ測量装置の第1の態様は、レーザービームが発散光として出射されるように鏡筒内に配置されたレーザ光源と、発散しつつ進行する前記レーザビームの光路上に、互いに間隔をあけて平行に且つ前記光路に対して直交するように配置された2枚の平板状の透明部材と、前記レーザビームの光路がその内部を通るように前記鏡筒内に配置されているとともに前記2枚の透明部材によりその内部が封止された筒状部材と、この筒状部材内に第1材料からなる液体が充填されることにより形成された第1液層と、前記第1材料と互いに不溶であり、前記第1材料よりも密度が小さく且つ屈折率が大きい第2材料からなる液体が前記筒状部材内に充填されることにより形成された第2液層と、前記各透明部材を透過した発散光である前記レーザビームを集光するために前記鏡筒内に配置された正レンズと、当該正レンズの光軸が鉛直方向を向いている場合に前記第1液層及び前記第2液層を通じて当該正レンズに関して前記レーザー光源の出射点と共役となる点上に焦点が位置するように、前記鏡筒内に配置された負レンズとを備え、前記第1液層及び第2液層の屈折率をn 1 ,n 2 とし、前記正レンズ及び前記負レンズの焦点距離をそれぞれf 3 ,f 4 とし、前記レーザ光源から前記正レンズの主点までの距離をaとしたときに、
n 2 −n 1 =(a−f 3 )f 4 /(af 3 )
の関係を有す。
【0015】
すなわち、第1態様のレーザ測量装置に設けられた第1および第2の液層の界面は、重力により常に水平に保たれるので、鏡筒の軸が鉛直に対して傾いた場合には、これら各液層は楔として機能する。レーザビームは、この各液層を透過することにより、鏡筒の傾きの大きさに応じて屈曲されるため、常に鉛直方向に出射される。このため、従来のように複雑な機構の整準機構を用いずに、整準作業を行うことができるため、従来よりもレーザ測量装置の構造を簡素化することができる。また、本態様のレーザ測量装置は、モータ等の動力を用いずに整準作業を行うことができるため、整準作業のために電力を消費することがない。
【0026】
また、本発明のレーザ測量装置の第2の態様は、レーザービームが発散光として出射されるように鏡筒内に配置されたレーザ光源と、発散しつつ進行する前記レーザビームの光路上に、互いに間隔をあけて平行に且つ前記光路に対して直交するように前記鏡筒内に配置された4枚以上の透明部材と、前記レーザビームの光路がその内部を通るように前記鏡筒内に配置されているとともに前記各透明部材同士の間隙を密封して密閉空間を形成するために、前記各透明部材同士の側面間を覆う筒状部材と、前記各密閉空間内に夫々形成された、第1材料の液体からなる第1液層,及び、前記第1材料に対して不溶であるとともに前記第1材料よりも密度が小さく且つ屈折率が大きい第2材料の液体からなる第2液層と、前記各透明部材を透過した発散光である前記レーザビームを集光するために前記鏡筒内に配置された正レンズと、当該正レンズの光軸が鉛直方向を向いている場合に前記第1液層及び前記第2液層を通じて当該正レンズに関して前記レーザー光源の出射点と共役となる点上に焦点が位置するように、前記鏡筒内に配置された負レンズとを備え、前記各密閉痛感に形成された各第1液層の屈折率を前記レーザ光源側から順にそれぞれ、n 1 ,n 3 ,n 5 ,・・・とし、各第2液層の屈折率を前記レーザ光源側から順にそれぞれ、n 2 ,n 4 ,n 6 ,・・・とし、前記正レンズ及び前記負レンズの焦点距離をそれぞれf 3 ,f 4 とし、前記レーザ光源から前記正レンズの主点までの距離をaとしたときに、
n 2 −n 1 +n 4 −n 3 +n 6 −n 5 ・・・=(a−f 3 )f 4 /(af 3 )
の関係を有す。
【0033】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。
<第1実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態によるレーザ測量装置を構成する投光装置の構成を示す断面図である。この図1は、水平方向へのレーザ光走査を行うためにレーザ測量装置を鉛直方向に立てたときの投光装置の状態を示している。
【0034】
投光装置11は、レーザ測量装置のハウジング(図示せず)内に固定された鏡筒14と、ベアリング19を介して鏡筒14に対して回転自在かつ同軸に保持された回転投光部15とから構成されている。回転投光部15には、鏡筒14に連通するとともにその回転軸と同軸に形成された中空のレーザビーム光路15a,およびこのレーザビーム光路15aに連通するとともに端面方向および側方に開口を有するペンタプリズム収納部15bが、形成されている。
【0035】
(レーザ出射光学系)
鏡筒14内の下端部には、レーザダイオード21が固定されている。また、この鏡筒14内には、レーザダイオード21側から、コリメータレンズ22およびビーム軸調整部23が固定されている。また、回転投光部15のペンタプリズム収容部15bには、ペンタプリズム27および楔形プリズム30が固定されている。
【0036】
レーザ光源としてのレーザダイオード21は、レーザビームL0を出射する。コリメータレンズ22は、レーザダイオード21から出射されたレーザビームL0を平行光にするレンズである。コリメータレンズ22を透過したレーザビームL1は、ビーム軸調整部23を透過して、ペンタプリズム27に入射する(ビーム軸調整部23については、後に詳述する)。
【0037】
ペンタプリズム27は、回転投光部15のペンタプリズム収容部15b内に、この回転投光部15と一体に回転するように固定されている。このペンタプリズム27は、レーザビームL1が入射する光入射面27cと、この光入射面27cに対して22.5゜傾いているとともにこの光入射面27cから入射したレーザ光が反射する第1反射面27aと、この第1反射面27aに対して45゜傾いているとともにこの第1反射面27aで反射されたレーザビームを再度反射する第2反射面27bと、光入射面27cに対して直角をなしているとともに第2反射面27bで反射されたレーザビームL3を出射する光出射面27dとを有している。なお、第2反射面27bには、図示せぬ増反射膜がアルミニウム蒸着によって形成されているので、この第2反射面27bにおいてレーザビームは100%内面反射する。一方、第1反射面27aには、反射率が70〜80%の部分透過膜が形成されている。従って、20〜30%のレーザビームL2がこの第1反射面27aを透過し、楔形プリズム30を通って投光装置12の上端から出射される。
【0038】
ペンタプリズム27の光出射面27dから出射されたレーザビームL3は、ペンタプリズム収容部15bの側方に開口した投光用窓15c,および図示せぬハウジングの窓を透過して出射される。このようにして出射されたレーザビームL3は、回転投光部15ごとペンタプリズム27がレーザビームL1に直交する面内で回転することにより、壁面などに垂直または水平方向の基準線を投射する。
【0039】
(回転機構)
次に、回転投光部15を鏡筒14に対して回転させるための機構(回転手段)を説明する。ベアリング19を介して鏡筒14に対して回転自在に接続された回転投光部15の外周面には、ギア35が固定されている。一方、鏡筒14の上端面には、外方に向けて突出させたブラケット36が設けられている。このブラケット36には、投光部回転用モータ37が固定されており、この投光部回転用モータ37の回転軸に取り付けられたピニオン38が回転投光部15のギア35に噛み合っている。この投光部回転用モータ37を回転させることにより、投光用窓15cから出射されるレーザ光L3の出射方向が回転投光部15の回転軸を中心に回転するので、この回転軸に直交する基準平面が形成される。
【0040】
(整準機構)
前述したように、レーザビームL3によって壁面などに垂直または水平方向の基準線を投射するためには、レーザビームL3の出射方向が正確に調整されている必要がある。例えば、図1の状態においては、水平方向の基準線を投射するレーザビームL3が正確に水平に投射されなければならない。以下、このようなレーザビームL3の出射方向を調整するための整準機構について説明する。
【0041】
図2は、図1のレーザ測量装置における整準機構を説明するための、鏡筒14に固定された光学部材の一部を示す図である。ビーム軸調整部23は、筒状部材43、その光透過面が鏡筒14の機械軸lz(回転投光部15の回転軸と一致)に対して垂直となるように鏡筒14内に保持され、かつ、この筒状部材43の両開口縁を封止する2枚の平行ガラス41,42、および筒状部材43内に互いに不溶な2種類の液体が充填されて形成された液層44,45からなる。このときの、液層44,45の密度をそれぞれp1,p2とし、屈折率をそれぞれn11,n12とすると、n12−n11=1,p1>p2の関係が成り立っている。なお、図2の状態では、図示せぬ測定装置が用いられることにより、鏡筒機械軸lzおよびレーザビームL0のビーム軸が正確に鉛直方向l0を向くように調整されている。この状態において、液層44・45の界面は重力により常に水平に保たれている。よって、ビーム軸調整部23を透過するレーザビームL1のビーム軸はレーザビームL0のビーム軸に一致して鉛直方向l0を向いており、ペンタプリズム27によって90°屈曲されたレーザビームL3は水平方向を向いている。
【0042】
図3は、鏡筒14が、図2の状態からx方向(紙面内での回転方向)に+Δθ°傾いた状態を示している(図3のx方向において、時計方向の向きを+としている)。このように、鏡筒14が鉛直方向l0に対して傾いた状態であっても、液層44・45の界面は重力により常に水平に保たれている。なお、説明の都合上、図3では、各レーザビームL1〜L3のビーム軸は、ビーム軸平行調整部23によってその向きが修正される前の状態が示されている。
【0043】
図4は、ビーム軸調整部23によって各レーザビームL1〜L3のビーム軸の向きが調整された状態を示す。上述したように、ビーム軸調整部23の液層44・45の境界面は重力により水平に保たれているため、液層44,45はそれぞれ頂角がΔθ°の楔として機能する。従って、レーザビームL0は液層44および液層45により順次屈折される。
【0044】
一般に、屈折率がnで、頂角がΔα°の楔によって屈折される光の偏角Δα’°は、
Δα’=Δα(n−1) ・・・(1)
で表される。図4では、屈折率n11の液層44を透過して液層45に入射するレーザビームL0の偏角Δθ11’は、(1)式より、
Δθ11’=Δθ(n11−1) ・・・(2)
である。すなわち、レーザビームL0は、液層44を透過することにより、そのビーム軸がx方向に+Δθ(n11−1)°だけ、屈曲される。
【0045】
同様に、屈折率がn12の液層45を透過するレーザビームL1の入射ビームに対する偏角Δθ12’は、
Δθ12’=Δθ(n12−1) ・・・(3)
となる。液層45は、液層44に対してx方向に逆向きにビーム軸の向きを屈曲させる。すなわち、レーザビームL1のビーム軸は、液層45に入射するレーザビームL0に対してx方向に−Δθ(n12−1)°だけ、屈曲される。
【0046】
従って、ビーム軸調整部23から出射されたレーザビームL1の、鏡筒機械軸lz(レーザビームL0)に対する偏角Δθ1’は、(2),(3)式より、
ここで、n12−n11=1の関係が成り立っているので、Δθ1’=−Δθとなる。つまり、レーザビームL1のビーム軸は、鏡筒機械軸lzに対してx方向に−Δθ°だけ屈曲されて、鉛直方向l0に出射されることとなる。
【0047】
すなわち、本実施形態では、鏡筒14の機械軸lzが鉛直方向l0に対して傾いている場合でも、互いに不溶な液体を充填して形成されたビーム軸調整部23の液層44および液層45の界面は常に水平に保たれるため、各液層44、45の頂角Δθが鏡筒機械軸lzの鉛直方向l0に対する傾きΔθと常に等しくなることを利用している。このため、鏡筒14が鉛直方向l0に対して傾くことに起因するレーザビームL0のビーム軸の傾きを常に自動的に補正することができる。従って、従来のレーザ測量装置のように、鏡筒全体を傾けるための機構を用いずに整準作業を行うことができる。よって、レーザ測量装置の構造を従来よりも簡単にすることができる。また、本実施形態のレーザ測量装置に設けられたビーム軸調整部は動力を必要としないため、従来よりも消費電力の小さいレーザ測量装置を提供することができる。
【0048】
〈第2実施形態〉
図5に、第2実施形態のレーザ測量装置における整準機構およびレーザ出射光学系の一部を示す。本第2実施形態は、第1実施形態のビーム軸調整部23と同様な部材が鏡筒14の機械軸lz方向に複数個連結されたビーム軸調整部を用いて整準を行うことを特徴とし、その他の部分を第1実施形態と同一とする。以下、図5を用いて本実施形態のレーザ測量装置のビーム軸調整部50の構造を説明する。
【0049】
平行ガラス51,52,および56は、その光透過面が鏡筒機械軸lzに直交するように、互いに平行な位置関係で鏡筒14内に保持されている。平行ガラス51と平行ガラス52との間に配置された筒状部材53は、その両開口縁が各平行ガラス51,52によって封止されている。この筒状部材53の内部には、互いに不溶な2種類の液体が充填されることにより、液層54,55が形成されている。同様に、平行ガラス52と平行ガラス56との間に配置された筒状部材57は、その両開口縁が各平行ガラス52,56によって封止されている。この筒状部材57の内部にも、筒状部材53内部と同様に、互いに不溶な2種類の液体が充填されることにより、液層58,59が形成されている。これら各液層54,55,58,および59の密度および屈折率を表1に示す。なお、図6の状態では、図示せぬ測定装置が用いられることにより、鏡筒機械軸lzおよびレーザビームL0のビーム軸が正確に鉛直方向l0を向くように調整されている。この状態において、液層54・55の界面および液層58・59の界面は重力により常に水平に保たれている。
【0050】
【表1】
ただし、表1において、各液層の屈折率および比重の間には、n21<n22,n23<n24,p1>p2,p3>p4,n22−n21+n24−n23=1という関係がそれぞれ成り立っている。
【0051】
図6は、図5の状態から、鏡筒14がx方向に+Δθ°傾いた状態を示している。図6に示すように、鏡筒14が鉛直方向l0に対して傾いた状態であっても、液層54・55の界面および液層58・59の界面は常に水平に保たれている。なお、説明の都合上、各レーザビームL20〜L23のビーム軸は、ビーム軸調整部50によってその向きが修正される前の状態が示されている。
【0052】
図7は、ビーム軸調整部50によって各レーザビームL20〜L23の向きが調整された状態を示す。上述したように、ビーム軸調整部23の液層54・55の界面および液層58・59の界面は重力により水平に保たれているため、各液層54,55,58,および59は、それぞれ頂角がΔθの楔として機能する。
【0053】
まず、レーザダイオード21から出射され、コリメータレンズ22によって平行光に変換されたレーザビームL20は、ビーム軸調整部50の液層54,55によって順次屈曲される。このとき、液層55を透過し、平行ガラス52を介して液層58に入射するレーザビームL21の、レーザビームL20に対する偏角Δθ21’は、(4)式より、
Δθ21’=−Δθ(n22−n21) ・・・(5)
となる。液層55を透過したレーザビームL21は、各液層58,59によってさらに屈曲される。このとき、各液層58,59を透過したレーザビームL22の、レーザビームL21に対する偏角Δθ22’も、(5)式と同様に、
Δθ22’=−Δθ(n24−n23) ・・・(6)
で表される。よって、ビーム軸調整部50を透過したレーザビームL22のレーザビームL20に対する偏角Δθ2’は、
となる。前述したように、本実施形態では、n22−n21+n24−n23=1の関係が成り立っているので、Δθ2’=−Δθとなる。つまり、レーザビームL22のビーム軸は、ビーム軸調整部50により、レーザビームL20のビーム軸に対してx方向に−Δθ°だけ屈曲されて、鉛直方向l0に出射されることとなる。
【0054】
このように、本実施形態では、鏡筒14が鉛直方向l0に対して傾いている場合でも、互いに不溶な2種類の液体からなる層を複数重ね合わせて形成したビーム軸調整部50の各液層54・55の界面および液層58・59の界面が常に水平に保たれるため、各液層54,55,58,59の頂角Δθが鏡筒機械軸lzの鉛直方向l0に対する傾きΔθと常に等しくなることを利用している。よって、鏡筒14の鉛直方向l0からの傾きによるレーザビームL20のビーム軸の傾きを常に自動的に補正することができる。従って、第1実施形態と同様に、従来よりも整準のための構造を簡素化することができ、しかも消費電力量の小さいレーザ測量装置を提供することができる。また、本実施形態では4層の液層を介してレーザビームL22のビーム軸の向きを調整している。このため、液層54,55の屈折率の差や、液層58,59の屈折率の差が比較的小さい場合でも、ビーム軸の向きを補正することができるので、各液層に用いる材料の選択の幅を広げることができる。
【0055】
なお、この第2実施形態では、4層の液層によりレーザビームL22のビーム軸の向きを調整しているが、これに限らず、さらに多くの液層が積層されたビーム軸調整部を用いて、レーザビームL22のビーム軸の向きを調整してもよい。図8に、第2実施形態の変形例のレーザ測量装置における整準機構およびレーザ出射光学系の一部を示す。図8に示すビーム軸調整部50’は、図5のビーム軸調整部50の平行ガラス56上に、さらに、平行ガラス61と、2枚の平行ガラス56,61によってその両開口縁が封止された筒状部材56と、この筒状部材56内に互いに不溶な液体が充填されることによって形成された液層68,69からなるユニットが積層されたものである。このビーム軸調整部50’の各液層54,55,58,59の屈折率および密度は表1に示すとおりである。また、表1に示される各液層上に積層された液層68,69,・・・の屈折率は、n25,n26,・・・であり、密度は、p5,p6,・・・である。ここで、n25<n26,p5>p6の関係が成り立っており、さらに積層された各液層についても、同様の関係が成り立っているものとする。このとき、各液層の屈折率の間には、n22−n21+n24−n23+n26−n25・・・=1の関係が成り立っている。
【0056】
このような構成のビーム軸調整部50’をレーザ測量装置に適用した場合でも、ビーム軸調整部50を用いた場合と同様に、レーザダイオード21から出射され、ビーム軸調整部50’を透過したレーザビームL22のビーム軸が鉛直方向l0を向くように調整することができる。
【0057】
〈第3実施形態〉
図9に、本発明の第3実施形態のレーザ測量装置における整準機構およびレーザ出射光学系の一部を示す。本第3実施形態は、第1実施形態のビーム軸調整部23と同様なビーム軸調整部60を備える。本実施形態では、筒状部材43内に互いに不溶な2種類の液体が充填されることにより、液層64,65が形成されている。ここで、液層64および65の屈折率をそれぞれn31,n32とし、密度をそれぞれp1,p2とすると、n31<n32,p1>p2の関係が成り立つ。また、本実施形態では、鏡筒14内において、ビーム軸調整部60の上方に固定された正レンズ66および負レンズ67の焦点距離をそれぞれf1,f2とすると、これら各レンズ66,67の焦点距離f1,f2と各液層64,65の屈折率n31,n32との間には、(8)式の関係が成立している。なお、この図9の状態では、図示せぬ測定装置が用いられることにより、鏡筒機械軸lzおよびレーザビームL30のビーム軸が正確に鉛直方向l0を向くように調整されている。
【0058】
f2=(n32−n31)f1 ・・・(8)
図10は、鏡筒14が、図2の状態からx方向に+Δθ°傾いた状態を示している。図10に示すように、鏡筒14が鉛直方向l0に対して傾いた状態であっても、液層64・65の界面は常に水平に保たれている。なお、説明の都合上、各レーザビームL30〜L34のビーム軸は、ビーム軸調整部60によってその向きが修正される前の状態を示している。
【0059】
図11は、ビーム軸調整部60によって各レーザビームL30〜L34のビーム軸の向きが調整された状態を示す。また、図12は、このときの各レンズ66,67を透過するレーザビームL31〜L33のビーム軸の状態を表す光学図である。上記各実施形態と同様、ビーム軸調整部60の液層64・65の界面は重力により常に水平に保たれているため、各液層64,65は、それぞれ頂角がΔθ°の楔として機能する。まず、レーザダイオードから出射され、コリメータレンズ22によって平行光に変換されたレーザビームL30は、ビーム軸調整部60の液層64,65によって順次屈曲される。このときの、各液層64,65によって屈曲されたレーザビームL31のレーザビームL30に対する偏角Δθ3’は、第1実施形態の(4)式と同様に、
Δθ3’=−Δθ(n32−n31) ・・・(4’)
で表される。
【0060】
ビーム軸調整部60を透過したレーザビームL31は、鏡筒機械軸lzに対してΔθ3’°だけ傾いた状態で、正レンズ66に入射する。このため、正レンズ66を透過したレーザビームL32の集光点は、レンズ66の焦点Fからaだけ離れた点F1に位置する。ここで、レーザビームL32の集光点F1のレンズ66の焦点Fからの距離aは、図12より、
a=f1×tan(Δθ3’) ・・・(9)
と表される。
【0061】
レーザビームL32は、レンズ67により再び平行ビームであるレーザビームL33に変換される。このとき、レンズ67より出射されるレーザビームL33のビーム軸は、レンズ66によるレーザビームL32の集光点F1と、レンズ67の主点Hとを結ぶ線に平行となる。従って、レーザビームL33のビーム軸の鏡筒機械軸lzに対する傾きをΔωとすると、図10より、次式の関係が成り立つ。
【0062】
tan(Δω)=a/f2 ・・・(10)
ここで、ω≒0のとき、cosω≒1,sinω≒ωであるので、tanω=sinω/cosω≒ω/1=ω ・・・(11)となる。この関係を用いると、(9),(10)式は次のように変形される。
【0063】
Δθ3’=a/f1 ・・・(12)
Δω=a/f2 ・・・(13)
(12),(13)式より、
Δθ3’=Δω×f2/f1
である。これに(4’)式を代入すると、
−Δθ(n32−n31)=Δω×f2/f1 ・・・(14)
また、(8)式より、(n32−n31)=f2/f1なので、これを(14)式に代入すると、
−Δθ(f2/f1)=Δω×f2/f1
すなわち、Δω=−Δθとなる。
【0064】
よって、レンズ67から出射されたレーザビームL33のビーム軸は、鏡筒機械軸lzに対してx方向に−Δθ°傾くので、このレーザビームL33は鉛直方向l0に出射される。従って、鏡筒14の傾きによるレーザビームL30の鉛直方向l0からの傾きを補正することができる。
【0065】
このように、本実施形態では、上述した第1実施形態と同様なビーム軸調整部60を用い、このビーム軸調整部60の液層64,65の屈折率n31,n32と、ビーム軸調整部60よりもペンタプリズム27側に設けられた正レンズ66および負レンズ67の焦点距離f1,f2とが、(8)式の関係を満たすように各値を設定している。これにより、負レンズ67から出射されるレーザビームL33のビーム軸が常に鉛直方向l0に向くように自動的に調整することができる。従って、上記各実施形態と同様に、従来よりも整準のための構造を簡素化することができ、しかも消費電力量の小さいレーザ測量装置を提供することができる。
【0066】
〈第4実施形態〉
図13は、本発明の第4実施形態のレーザ測量装置における整準機構およびレーザ光学系の一部を示す。本第4実施形態は第2実施形態のビーム軸調整部と同様な構造のビーム軸調整部を用いて整準を行うことを特徴とし、その他の部分を第3実施形態と同一とする。第2実施形態と同様に、本実施形態のビーム軸調整部70は、平行ガラス51,52によってその開口縁が封止された筒状部材53内に互いに不溶な2種類の液体が充填されて形成された液層71,72と、平行ガラス52,56によってその開口縁が封止された筒状部材57内に互いに不溶な2種類の液体が充填されて形成された液層73,74とを有している。これら各液層71〜74の密度および屈折率を表2に示す。なお、この図13の状態では、図示せぬ測定装置が用いられることにより、鏡筒機械軸lzおよびレーザダイオード21から出射されたレーザビームL40のビーム軸が正確に鉛直方向l0を向くように調整されている。
【0067】
【表2】
但し、表2において、各液層の屈折率及び比重の間には、n41<n42,n43<n44,p1>p2,p3>p4という関係が、それぞれ成り立っている。また、本実施形態では、鏡筒14内において、ビーム軸調整部70の上方に固定された正レンズ66および負レンズ67の焦点距離をそれぞれf1,f2とすると、次式の関係が成立している。
【0068】
f2=(n42−n41+n44−n43)f1 ・・・(15)
図14は、第4実施形態において、鏡筒14が鉛直方向l0に対してx方向に+Δθ°傾いた状態を示している。図13に示すように、鏡筒14が鉛直方向l0に対して傾いた状態であっても、ビーム軸調整部70の液層71・72の界面および液層73・74の界面は、重力により常に水平に保たれている。なお、この図14において、各レーザビームL40〜L43のビーム軸は、ビーム軸調整部70によってその向きが修正される前の状態を示している。
【0069】
図15は、ビーム軸調整部70によって各レーザビームL40〜L44のビーム軸の向きが調整された状態を示す。以下、図12および図15を用いて、ビーム軸調整部70によるレーザビームL43の出射方向の調整方法を説明する。第4実施形態において、液層71・72の境界面および液層73・74の境界面が重力により水平に保たれることにより、上述の各実施形態と同様に、各液層71〜74がそれぞれ頂角Δθ°の楔として機能する。
【0070】
まず、レーザダイオードから出射され、コリメータレンズ22によって平行光に変換されたレーザビームL40は、ビーム軸調整部70の各液層71〜74によって順次屈折される。このときのビーム軸調整部70から出射されたレーザビームL41のレーザビームL40に対する偏角Δθ4’は、第2実施形態の(7)式より、次式のように表される。
【0071】
Δθ4’=−Δθ(n42−n41+n44−n43) ・・・(7’)
ビーム軸調整部70を透過したレーザビームL41は、鏡筒機械軸lzに対してΔθ4’°だけ傾いた状態で、レンズ66に入射する。このため、レンズ66を透過したレーザビームL42の集光点F2は、第3実施形態と同様に、レンズ66の焦点Fからaだけ離れた位置となる。ここで、レーザビームL42のレンズ66の焦点Fからの距離aは、図12および(9)式より、
a=f1×tan(Δθ4’) ・・・(9’)
レーザビームL42は、レンズ67により再び平行ビームであるレーザビームL43に変換される。このとき、レンズ67より出射されるレーザビームL43のビーム軸の鏡筒機械軸lzに対する傾きをΔωとすると、(10)式の関係が成り立つ。
【0072】
ここで、第3実施形態と同様に、(11)式の関係を用いて(9’),(10)式を変形すると、
Δθ4’=Δω×f2/f1 ・・・(16)
となる。
【0073】
この(16)式に(7’)式を代入すると、
−Δθ(n42+n44−n41−n43)=Δω×f2/f1 ・・・(17)
となる。そして、(15),(17)式より、Δω=−Δθの関係が導かれる。
【0074】
よって、レンズ67から出射されたレーザビームL43のビーム軸は、鏡筒機械軸lzに対してx方向に−Δθ°傾くので、レーザビームL43は鉛直方向l0に出射される。従って、鏡筒14の傾きによるレーザビームL40の鉛直方向l0からの傾きを補正することができる。
【0075】
このように、本実施形態によれば、上記各実施形態と同様に、従来よりも整準のための構造を簡素化することができ、しかも消費電力の小さいレーザ測量装置を提供することができる。
【0076】
なお、この第4実施形態では、4層の液層によりレーザビームL43のビーム軸の向きを調整しているが、これに限らず、さらに多くの液層が積層されたビーム軸調整部を用いて、ビーム軸L43の向きを調整してもよい。図16に、第4実施形態の変形例のレーザ測量装置における整準機構およびレーザ出射光学系の一部を示す。図16に示すビーム軸調整部70’は、図13に示すビーム軸調整部70の平行ガラス56上に、さらに、平行ガラス77と、2枚の平行ガラス56,77によってその両開口縁が封止された筒状部材78と、この筒状部材78内に互いに不溶な液体が充填されることにより形成された液層75,76からなるユニットが積層されたものである。このビーム軸調整部70’の各液層71〜74の屈折率および密度は表2に示すとおりである。また、表2に示される各液層上に積層された液層75,76,・・・の屈折率は、n45,n46,・・・であり、密度はp5,p6,・・・である。ここで、n45<n46,p5>p6の関係が成り立っており、さらに積層された液層についても、同様の関係が成り立つものとする。このとき、各液層の屈折率および各レンズ66,67の焦点距離の間には、f2=(n42−n41+n44−n43+n46−n45・・・)f1の関係が成り立っている。
【0077】
このような構成のビーム軸調整部70’をレーザ測量装置に適用した場合でも、ビーム軸調整部70を用いた場合と同様に、レーザダイオード21から出射され、ビーム軸調整部70’,正レンズ66,および負レンズ67を透過したレーザビームL43が鉛直方向l0に出射されるよう調整することができる。
【0078】
〈第5実施形態〉
図17は、第5実施形態のレーザ測量装置における整準機構およびレーザ出射光学系の一部を示す。本実施形態は、レーザダイオードから出射されたレーザビームを、平行光に変換することなく直接ビーム軸調整部に入射させ、ビーム軸調整部を透過した後のレーザビームを平行光に変換することを特徴とし、その他の部分を第1実施形態と同一とする。
【0079】
本実施形態のレーザ測量装置の鏡筒14内には、鏡筒14端部に固定されたレーザダイオード21側から、ビーム軸調整部80,正レンズ116,および負レンズ117が固定されている。ビーム軸調整部80は第1実施形態と同様な構造を有しており、各平行ガラス41,42によってその両開口縁が封止された筒状部材43内には、互いに不溶な2種類の液体が充填されることにより、液層111,112が形成されている。これら各液層111,112の屈折率はそれぞれn51,n52(但し、n51<n52)であり、密度はそれぞれp1,p2(但し、p1>p2)である。なお、この図17の状態では、図示せぬ測定装置が用いられることにより、鏡筒機械軸lzおよびレーザダイオード21から出射されるレーザビームL50のビーム軸が正確に鉛直方向l0を向くように調整されている。また、本実施形態では、正レンズ116および負レンズ117の焦点距離をそれぞれf3,f4とすると、(18)式の関係が成り立っている。
【0080】
n51−n52=(a−f3)f4/(af3) ・・・(18)
図18は、図17の状態から、鏡筒14がx方向に+Δθ°傾いた状態を示している。前述した第1実施形態と同様、鏡筒14が鉛直方向l0に対して傾いた状態であっても、ビーム軸調整部80の液層111,112の界面は重力により常に水平に保たれている。なお、この図18において、各レーザビームL50〜L54のビーム軸は、ビーム軸調整部80によってその向きが修正される前の状態を示している。
【0081】
図19は、ビーム軸調整部80によって各レーザビームL50〜L54のビーム軸の向きが調整された状態を示す。また、図20は、図19の状態での各レンズ116,117を透過するレーザビームのビーム軸の状態を示す図である。上記各実施形態と同様に、ビーム軸調整部80の液層111・112の界面は重力により常に水平に保たれているため、各液層81,82はそれぞれ頂角がΔθ°の楔として機能する。
【0082】
まず、レーザダイオード21から出射されたレーザビームL50は、ビーム軸調整部80の液層111,112によって順次屈折される。このときの、ビーム軸調整部80によって屈曲されたレーザビームL52のレーザビームL50に対する偏角Δθ5’は、第1実施形態の(4)式と同様に、以下のように表される。
【0083】
Δθ5’=−Δθ(n52−n51) ・・・(19)
ビーム軸調整部80を透過したレーザビームL51は、鏡筒機械軸lzに対してΔθ5’°だけ傾いた状態で、正レンズ116に入射する。このため、正レンズ116を透過したレーザビームL52の集光点F2は、鏡筒機械軸lzからc2だけ離れた点に位置する。正レンズ116の主点H2から負レンズ87の焦点F3までの距離をbとすると、このレーザビームL52の集光点F2の鏡筒機械軸lzからの距離c2は、図20より、
c2=b×tan(Δθ5’) ・・・(20)
と表される(但し、bは正レンズ116の主点H2から負レンズ117の焦点F3までの距離である)。レーザビームL52は、負レンズ117により平行ビームに変換される。このとき、負レンズ117より出射されるレーザビームL53のビーム軸は、レーザビームL53の集光点F2と負レンズ117の主点H3とを結ぶ線に平行となる。従って、レーザビームL53のビーム軸の鏡筒機械軸lzに対する傾きをΔω°とすると、
Δω=tan-1(c2/f4) ・・・(21)
となる。このΔωの値が−Δθ°となる場合に、レーザビームL53が鉛直に出射されることとなる。
【0084】
ここで、Δω=−Δθと仮定する。まず、レーザダイオード21からレンズ116の主点H2までの距離をaとし、この主点H2から負レンズ117の焦点F3までの距離をbとすると、一般に次式が成り立つ。
【0085】
(1/a)+(1/b)=(1/f3) ・・・(22)
この(22)式を変形すると、
b=af3/(a−f3) ・・・(23)
となる。また、図20より、
tan(Δθ5’)=c2/b ・・・(24)
tan(Δω)=tan(−Δθ)=c2/f4 ・・・(25)
がそれぞれ成り立つ。
【0086】
(23)〜(25)式より、
となる。このとき、tan(Δθ5’)/tan(−Δθ)≒Δθ5’/(−Δθ)((11)式より)が成り立つので、(26)式は次式のように変形される。
【0087】
Δθ5’/(−Δθ)=(a−f3)f4/(af3) ・・・(27)
(19)式より、Δθ5’/(−Δθ)=n52−n51なので、これを(27)式に代入すると、
n52−n51=(a−f3)f4/(af3) ・・・(28)
すなわち、本実施形態において、負レンズ117から出射されるレーザビームL53のビーム軸が、鏡筒機械軸lzに対してx方向に−Δθ°だけ屈曲され、正確に鉛直方向l0を向くためには、上記(28)式を満たすように各パラメータを設定すればよい。ここでは、(18)式においてこれらの関係が満たされているので、図19に示すように、レーザビームL53はそのビーム軸が鉛直方向l0を向くように出射される。
【0088】
このように、本実施形態では、レーザダイオード21から出射されたレーザビームL50を平行光に変換することなくビーム軸調整部80に入射させ、ビーム軸調整部80の各液層111,112が楔として機能することによって屈曲されたレーザビームL51を、正レンズ116及び負レンズ117によってビーム径の大きさを調整するとともに平行光に変換し、なおかつ負レンズ117から出射されるレーザビームのビーム軸の向きを調整している。このため、上述した各実施形態と同様に従来よりも整準のための構造を簡素化することができ、しかも消費電力量の小さいレーザ測量装置を提供することができる。また、本実施形態では、上述した他の各実施形態よりも使用する光学部材の数を減少させることができる。
【0089】
なお、この第5実施形態では、2層の液層によりレーザビームL53のビーム軸の向きを調整しているが、これに関わらず、さらに多くの液層が積層されたビーム軸調整部を用いて、レーザビームL53のビーム軸の向きを調整しても良い。図21に、第5実施形態の変形例のレーザ測量装置における整準機構およびレーザ出射光学系の一部を示す。図21に示すビーム軸調整部80’は、図17のビーム軸調整部80の平行ガラス42上に、さらに、平行ガラス118と、2枚の平行ガラス42,118によってその両開口縁が封止された筒状部材119と、この筒状部材119内に互いに不溶な液体が充填されることによって形成された液層113,114とからなるユニットが積層されたものである。このビーム軸調整部80’の各液層111,112の屈折率および密度は、前述した通りである。また、液層113,114,・・・の屈折率は、n53,n54,・・・であり、密度は、p3,p4,・・・である。ここで、n53<n54,p3>p4の関係が成り立っており、さらに積層された各液層についても、同様の関係が成り立っているものとする。このとき、各液層の屈折率および各レンズ116,117の焦点距離等の間には次式の関係が成り立っている。
【0090】
n52−n51+n54−n53・・・=(a−f3)f4/(af3)
このような構成のビーム軸調整部50’をレーザ測量装置に適用した場合でも、ビーム軸調整部80’および各レンズ116,117を透過したレーザビームL53が鉛直方向l0に出射されるように調整することができる。
【0091】
【発明の効果】
本発明によれば、複雑な整準機構を必要とせず、レーザ測量装置の構造を簡素化することができる。また、モータ等の動力を必要としないため、従来よりも消費電力の小さいレーザ測量装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施形態によるレーザ測量装置を構成する投光装置の構成を示す断面図
【図2】 本発明の第1実施形態によるレーザ測量装置の整準機構を説明するための図
【図3】 図2の状態からレーザビームL10のビーム軸がx方向に+Δθ°傾いた状態を示す図
【図4】 図3の状態からビーム軸調整部23によって整準作業が行われた様子を示す図
【図5】 本発明の第2実施形態によるレーザ測量装置の整準機構を説明するための図
【図6】 図5の状態からレーザビームL20のビーム軸がx方向に+Δθ°傾いた状態を示す図
【図7】 図6の状態からビーム軸調整部50によって整準作業が行われた様子を示す図
【図8】 本発明の第2実施形態の変形例によるレーザ測量装置の整準機構を説明するための図
【図9】 本発明の第3実施形態によるレーザ測量装置の整準機構を説明するための図
【図10】 図9の状態からレーザビームL30のビーム軸がx方向に+Δθ°傾いた状態を示す図
【図11】 図9の状態からビーム軸調整部60によって整準作業が行われた様子を示す図
【図12】 図11の状態における各レンズ66,67を透過する各レーザビームのビーム軸を示す光学図。
【図13】 本発明の第4実施形態によるレーザ測量装置の整準機構を説明するための図
【図14】 図13の状態からレーザビームL40のビーム軸がx方向に+Δθ°傾いた状態を示す図
【図15】 図13の状態からビーム軸調整部70によって整準作業が行われた様子を示す図
【図16】 本発明の第4実施形態の変形例によるレーザ測量装置の整準機構を説明するための図
【図17】 本発明の第5実施形態によるレーザ測量装置の整準機構を説明するための図
【図18】 図17の状態からレーザビームL50のビーム軸がx方向に+Δθ°傾いた状態を示す図
【図19】 図17の状態からビーム軸調整部80によって整準作業が行われた様子を示す図
【図20】 図19の各レンズ66,67を透過する各レーザビームのビーム軸の状態を示す光学図
【図21】 本発明の第5実施形態の変形例によるレーザ測量装置の整準機構を説明するための図
【図22】 従来技術のレーザ測量装置の構造を示す断面図
【符号の説明】
14 鏡筒
21 レーザダイオード
22 コリメータレンズ
23,50,60,70,80,50’,70’,80’ ビーム軸調整部
25,67,117 負レンズ
26,66,116 正レンズ
27 ペンタプリズム
41,42,51,52,56,61,77,118 平行ガラス
43,53,57,62,78,119 筒状部材
44,45,54,55,58,59,64,65,68,69,71〜76,111〜114 液層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a laser surveying apparatus that projects a reference line by a laser beam in a horizontal direction or a vertical direction with respect to a predetermined surface.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, laser surveying devices (so-called laser planers) for marking out horizontal lines and vertical lines have been used in fields such as civil engineering and architecture. This laser device rotates a light projecting section that emits laser light, scans the laser light in the circumferential direction, and projects a vertical or horizontal reference line on a projection surface such as a wall surface by the locus of the laser light. is there.
[0003]
FIG. 22 is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional laser surveying instrument. FIG. 22 shows a state in which the laser surveying device is set up in the vertical direction in order to perform laser beam scanning in the horizontal direction. The
[0004]
In the laser beam path 82b, a
A substantially cylindrical rotary
[0005]
In the laser surveying device having such a configuration, the laser beam L is emitted from the
[0006]
In addition, a partial reflection film is formed on the first reflection surface 89a. Therefore, part of the laser beam L12Is transmitted through the first reflecting surface 89a, is transmitted through the wedge-
[0007]
Then, the rotary
[0008]
Thus, the laser beam L emitted from the laser surveying instrument11Needs to be accurately emitted horizontally in order to form a reference plane on a wall surface or the like. Similarly, a laser beam L that forms a reference spot on the ceiling or the like12Need to be emitted vertically accurately. Therefore, when using the laser surveying instrument, the laser beam L11It is necessary to perform leveling work so that the beam is accurately emitted in the horizontal direction.
[0009]
Hereinafter, the laser beam L11A leveling mechanism for accurately emitting the beam horizontally will be described. A bulging portion 91 having a hemispherical shape is formed on the upper end side of the
[0010]
A
[0011]
Furthermore, an
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the structure of the conventional laser surveying instrument as described above, the laser beam L11The leveling work for horizontally projecting is performed by tilting the
[0013]
Further, the conventional laser surveying apparatus has a problem that power consumption is large because the
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a laser surveying apparatus that can simplify the structure for leveling and that does not consume power to perform leveling work.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, a first aspect of the laser surveying instrument of the present invention is that the laser beam isAs divergent lightA laser light source disposed in the lens barrel so as to be emitted;EmanatingOn the optical path of the traveling laser beam, Arranged parallel to each other and perpendicular to the optical pathTwo flat transparent members,The optical path of the laser beam is disposed in the lens barrel so as to pass through the inside thereof.A cylinder whose inside is sealed by the two transparent membersConditionA member, a first liquid layer formed by filling the cylindrical member with a liquid made of the first material, and the first material are insoluble in each other, having a density lower than that of the first material and A second liquid layer formed by filling the cylindrical member with a liquid made of a second material having a large refractive index;The positive lens disposed in the lens barrel for condensing the laser beam that is diverging light transmitted through each transparent member, and the first lens when the optical axis of the positive lens is oriented in the vertical direction. A negative lens disposed in the lens barrel so that the focal point is located on a point conjugate with the emission point of the laser light source with respect to the positive lens through the liquid layer and the second liquid layer;With, The refractive index of the first liquid layer and the second liquid layer is n 1 , N 2 And the focal lengths of the positive lens and the negative lens are f Three , F Four And when the distance from the laser light source to the principal point of the positive lens is a,
n 2 -N 1 = (Af Three ) F Four / (Af Three )
Have a relationship.
[0015]
That is, since the interface between the first and second liquid layers provided in the laser surveying instrument of the first aspect is always kept horizontal by gravity, when the axis of the lens barrel is inclined with respect to the vertical, Each of these liquid layers functions as a wedge. Since the laser beam passes through each liquid layer and is bent according to the inclination of the lens barrel, it is always emitted in the vertical direction. For this reason, the leveling operation can be performed without using a leveling mechanism of a complicated mechanism as in the prior art, so that the structure of the laser surveying instrument can be simplified as compared with the prior art. Moreover, since the laser surveying apparatus of this aspect can perform leveling work without using power such as a motor, power is not consumed for leveling work.
[0026]
In addition, the laser surveying instrument of the present invention2The aspect of the laser beamAs divergent lightA laser light source disposed in the lens barrel so as to be emitted;EmanatingOn the optical path of the traveling laser beam4 or more sheets arranged in the lens barrel so as to be parallel to each other and perpendicular to the optical path.Transparent member ofThe optical path of the laser beam is disposed in the lens barrel so as to pass through the inside thereof.Each transparent membersameIn order to form a sealed space by sealing the gap between the transparent members, a cylinder covering between the side surfaces of the transparent membersConditionParts and,In each sealed spaceEach formed,First liquid layer made of a liquid of the first materialAnd saidA second liquid layer made of a liquid of a second material that is insoluble in the first material and has a lower density and a higher refractive index than the first material;A positive lens disposed in the lens barrel for condensing the laser beam, which is divergent light transmitted through the transparent members, and the optical axis of the positive lens is oriented in the vertical direction. A negative lens disposed in the lens barrel so that the focal point is located on a point conjugate with the emission point of the laser light source with respect to the positive lens through the first liquid layer and the second liquid layer, The refractive index of each first liquid layer formed in a tight pain sensation, in order from the laser light source side, n 1 , N Three , N Five ,..., And the refractive index of each second liquid layer is set to n in order from the laser light source side. 2 , N Four , N 6 ,... And the focal lengths of the positive lens and the negative lens are f. Three , F Four And when the distance from the laser light source to the principal point of the positive lens is a,
n 2 -N 1 + N Four -N Three + N 6 -N Five ... = (af Three ) F Four / (Af Three )
Have a relationship.
[0033]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<First Embodiment>
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a light projecting device constituting the laser surveying device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1 shows the state of the light projecting device when the laser surveying device is set up in the vertical direction in order to perform laser beam scanning in the horizontal direction.
[0034]
The light projecting device 11 includes a
[0035]
(Laser emission optical system)
A
[0036]
A
[0037]
The
[0038]
Laser beam L emitted from the
[0039]
(Rotating mechanism)
Next, a mechanism (rotating means) for rotating the rotary
[0040]
(Leveling mechanism)
As described above, the laser beam LThreeIn order to project a vertical or horizontal reference line on a wall surface by the laser beam LThreeIt is necessary that the emission direction of the laser beam is accurately adjusted. For example, in the state of FIG. 1, a laser beam L that projects a horizontal reference line.ThreeMust be accurately projected horizontally. Hereinafter, such a laser beam LThreeA leveling mechanism for adjusting the emission direction will be described.
[0041]
FIG. 2 is a view showing a part of the optical member fixed to the
[0042]
FIG. 3 shows a state in which the
[0043]
In FIG. 4, each beam L is adjusted by the beam axis adjusting unit 23.1~ LThreeThis shows a state in which the direction of the beam axis is adjusted. As described above, since the boundary surfaces of the
[0044]
In general, the deflection angle Δα ′ ° of light refracted by a wedge having a refractive index n and an apex angle Δα ° is
Δα ′ = Δα (n−1) (1)
It is represented by In FIG. 4, the refractive index n11The laser beam L that passes through the
Δθ11′ = Δθ (n11-1) (2)
It is. That is, the laser beam L0Is transmitted through the
[0045]
Similarly, the refractive index is n12Laser beam L passing through the
Δθ12′ = Δθ (n12-1) (3)
It becomes. The
[0046]
Therefore, the laser beam L emitted from the beam
Where n12-N11= 1 holds, so Δθ1'= -Δθ. That is, the laser beam L1The beam axis of the lens barrel machine axis lzIs bent in the x direction by −Δθ °, and the vertical direction l0Will be emitted.
[0047]
That is, in this embodiment, the mechanical axis l of the
[0048]
Second Embodiment
FIG. 5 shows a part of the leveling mechanism and the laser emission optical system in the laser surveying instrument of the second embodiment. In the second embodiment, the same member as the beam
[0049]
The
[0050]
[Table 1]
However, in Table 1, between the refractive index and specific gravity of each liquid layer, ntwenty one<Ntwenty two, Ntwenty three<Ntwenty four, P1> P2, PThree> PFour, Ntwenty two-Ntwenty one+ Ntwenty four-Ntwenty three= 1 holds.
[0051]
FIG. 6 shows a state in which the
[0052]
In FIG. 7, each beam L is adjusted by the beam axis adjusting unit 50.20~ Ltwenty threeThe state in which the direction of is adjusted is shown. As described above, since the interfaces of the
[0053]
First, a laser beam L emitted from the
Δθtwenty one′ = −Δθ (ntwenty two-Ntwenty one(5)
It becomes. Laser beam L transmitted through the
Δθtwenty two′ = −Δθ (ntwenty four-Ntwenty three(6)
It is represented by Therefore, the laser beam L transmitted through the beam
It becomes. As described above, in this embodiment, ntwenty two-Ntwenty one+ Ntwenty four-Ntwenty three= 1 holds, so Δθ2'= -Δθ. That is, the laser beam Ltwenty twoThe beam axis of the laser beam L is adjusted by the beam axis adjusting unit 50.20Is bent by −Δθ ° in the x direction with respect to the beam axis of0Will be emitted.
[0054]
Thus, in this embodiment, the
[0055]
In the second embodiment, the laser beam L is formed by four liquid layers.twenty twoHowever, the present invention is not limited to this, and the laser beam L is adjusted by using a beam axis adjusting unit in which more liquid layers are stacked.twenty twoThe direction of the beam axis may be adjusted. FIG. 8 shows a part of the leveling mechanism and the laser emission optical system in the laser surveying instrument of the modification of the second embodiment. The beam
[0056]
Even when the beam
[0057]
<Third Embodiment>
FIG. 9 shows a part of the leveling mechanism and the laser emission optical system in the laser surveying instrument of the third embodiment of the present invention. The third embodiment includes a beam
[0058]
f2 = (n32-N31) F1 (8)
FIG. 10 shows a state in which the
[0059]
FIG. 11 shows each laser beam L by the beam axis adjusting unit 60.30~ L34This shows a state in which the direction of the beam axis is adjusted. FIG. 12 shows the laser beam L transmitted through the
ΔθThree′ = −Δθ (n32-N31(4 ')
It is represented by
[0060]
Laser beam L that has passed through the beam
a = f1 × tan (ΔθThree′) (9)
It is expressed.
[0061]
Laser beam L32Is again a parallel beam by the lens 67.33Is converted to At this time, the laser beam L emitted from the
[0062]
tan (Δω) = a / f2 (10)
Here, when ω≈0, cos ω≈1, sin ω≈ω, and tan ω = sin ω / cos ω≈ω / 1 = ω (11) Using this relationship, equations (9) and (10) are modified as follows.
[0063]
ΔθThree′ = A / f1 (12)
Δω = a / f2 (13)
From equations (12) and (13),
ΔθThree'= Δω × f2 / f1
It is. Substituting equation (4 ') into this,
−Δθ (n32-N31) = Δω × f2 / f1 (14)
From the equation (8), (n32-N31) = F2 / f1, so when substituting this into equation (14),
−Δθ (f2 / f1) = Δω × f2 / f1
That is, Δω = −Δθ.
[0064]
Therefore, the laser beam L emitted from the
[0065]
Thus, in this embodiment, the same beam
[0066]
<Fourth embodiment>
FIG. 13 shows a leveling mechanism and a part of the laser optical system in the laser surveying instrument of the fourth embodiment of the present invention. The fourth embodiment is characterized in that leveling is performed using a beam axis adjustment unit having the same structure as the beam axis adjustment unit of the second embodiment, and other parts are the same as those of the third embodiment. Similar to the second embodiment, the beam
[0067]
[Table 2]
However, in Table 2, between the refractive index and specific gravity of each liquid layer, n41<N42, N43<N44, P1> P2, PThree> PFourEach of these relationships holds. In the present embodiment, if the focal lengths of the
[0068]
f2 = (n42-N41+ N44-N43F1 (15)
FIG. 14 shows the fourth embodiment in which the
[0069]
FIG. 15 shows each laser beam L by the beam axis adjusting unit 70.40~ L44This shows a state in which the direction of the beam axis is adjusted. Hereinafter, the laser beam L by the beam
[0070]
First, the laser beam L emitted from the laser diode and converted into parallel light by the
[0071]
ΔθFour′ = −Δθ (n42-N41+ N44-N43) (7 ')
Laser beam L that has passed through the beam
a = f1 × tan (ΔθFour’) ・ ・ ・ (9’)
Laser beam L42Is again a parallel beam by the lens 67.43Is converted to At this time, the laser beam L emitted from the
[0072]
Here, as in the third embodiment, when the equations (9 ′) and (10) are modified using the relationship of the equation (11),
ΔθFour'= Δω × f2 / f1 (16)
It becomes.
[0073]
Substituting (7 ') into this (16),
−Δθ (n42+ N44-N41-N43) = Δω × f2 / f1 (17)
It becomes. Then, the relationship of Δω = −Δθ is derived from the equations (15) and (17).
[0074]
Therefore, the laser beam L emitted from the
[0075]
As described above, according to the present embodiment, similarly to the above-described embodiments, the structure for leveling can be simplified as compared with the related art, and a laser surveying device with low power consumption can be provided. .
[0076]
In the fourth embodiment, the laser beam L is formed by four liquid layers.43However, the present invention is not limited to this, and the beam axis L is adjusted by using a beam axis adjusting unit in which more liquid layers are stacked.43May be adjusted. FIG. 16 shows a part of the leveling mechanism and the laser emission optical system in the laser surveying instrument of the modification of the fourth embodiment. The beam
[0077]
Even when the beam
[0078]
<Fifth Embodiment>
FIG. 17 shows a leveling mechanism and a part of the laser emission optical system in the laser surveying instrument of the fifth embodiment. In this embodiment, the laser beam emitted from the laser diode is directly incident on the beam axis adjustment unit without being converted into parallel light, and the laser beam after passing through the beam axis adjustment unit is converted into parallel light. The other features are the same as those of the first embodiment.
[0079]
A beam
[0080]
n51-N52= (A−f3) f4 / (af3) (18)
FIG. 18 shows a state in which the
[0081]
In FIG. 19, each beam L is adjusted by the beam axis adjusting unit 80.50~ L54This shows a state in which the direction of the beam axis is adjusted. FIG. 20 is a diagram showing the state of the beam axis of the laser beam that passes through the
[0082]
First, the laser beam L emitted from the
[0083]
ΔθFive′ = −Δθ (n52-N51(19)
Laser beam L that has passed through the beam
c2 = b × tan (ΔθFive′) (20)
(Where b is the distance from the principal point H2 of the
Δω = tan-1(C2 / f4) (21)
It becomes. When the value of Δω is −Δθ °, the laser beam L53Is emitted vertically.
[0084]
Here, it is assumed that Δω = −Δθ. First, when the distance from the
[0085]
(1 / a) + (1 / b) = (1 / f3) (22)
When this equation (22) is transformed,
b = af3 / (a−f3) (23)
It becomes. From FIG.
tan (ΔθFive′) = C2 / b (24)
tan (Δω) = tan (−Δθ) = c2 / f4 (25)
Each holds.
[0086]
From the equations (23) to (25),
It becomes. At this time, tan (ΔθFive′) / Tan (−Δθ) ≈ΔθFiveSince '/ (-Δθ) (from the equation (11)) holds, the equation (26) is transformed as the following equation.
[0087]
ΔθFive′ / (− Δθ) = (a−f3) f4 / (af3) (27)
From equation (19), ΔθFive′ / (− Δθ) = n52-N51So, if this is substituted into equation (27),
n52-N51= (A−f3) f4 / (af3) (28)
That is, in the present embodiment, the laser beam L emitted from the negative lens 117.53The beam axis of the lens barrel machine axis lzIs bent in the x direction by −Δθ ° and accurately in the vertical direction0In order to turn to, each parameter should be set to satisfy the above equation (28). Here, since these relations are satisfied in the equation (18), as shown in FIG.53The beam axis is vertical0It is emitted so as to face.
[0088]
Thus, in this embodiment, the laser beam L emitted from the
[0089]
In the fifth embodiment, the laser beam L is formed by two liquid layers.53Regardless of this, the laser beam L is adjusted by using a beam axis adjusting unit in which more liquid layers are laminated.53The direction of the beam axis may be adjusted. FIG. 21 shows a part of a leveling mechanism and a laser emission optical system in a laser surveying apparatus according to a modification of the fifth embodiment. The beam
[0090]
n52-N51+ N54-N53... = (a−f3) f4 / (af3)
Even when the beam
[0091]
【The invention's effect】
According to the present invention, a complicated leveling mechanism is not required, and the structure of the laser surveying apparatus can be simplified. In addition, since no power such as a motor is required, it is possible to provide a laser surveying device that consumes less power than before.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a light projecting device constituting a laser surveying device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view for explaining a leveling mechanism of the laser surveying instrument according to the first embodiment of the present invention.
3 shows a laser beam L from the state shown in FIG.TenIs a diagram showing a state in which the beam axis is tilted by + Δθ ° in the x direction
4 is a diagram showing a state in which leveling work is performed by the beam
FIG. 5 is a view for explaining a leveling mechanism of the laser surveying instrument according to the second embodiment of the present invention.
6 shows a laser beam L from the state shown in FIG.20Is a diagram showing a state in which the beam axis is tilted by + Δθ ° in the x direction
7 is a view showing a state in which leveling work is performed by the beam
FIG. 8 is a diagram for explaining a leveling mechanism of a laser surveying instrument according to a modification of the second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a view for explaining a leveling mechanism of the laser surveying instrument according to the third embodiment of the present invention.
10 shows a laser beam L from the state shown in FIG.30Is a diagram showing a state in which the beam axis is tilted by + Δθ ° in the x direction
FIG. 11 is a diagram showing a state in which leveling work is performed by the beam
12 is an optical diagram showing a beam axis of each laser beam transmitted through each
FIG. 13 is a view for explaining the leveling mechanism of the laser surveying instrument according to the fourth embodiment of the present invention.
14 shows a laser beam L from the state shown in FIG.40Is a diagram showing a state in which the beam axis is tilted by + Δθ ° in the x direction
15 is a diagram showing a state in which leveling work is performed by the beam
FIG. 16 is a view for explaining a leveling mechanism of a laser surveying instrument according to a modification of the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a view for explaining a leveling mechanism of the laser surveying instrument according to the fifth embodiment of the present invention.
18 shows a laser beam L from the state shown in FIG.50Is a diagram showing a state in which the beam axis is tilted by + Δθ ° in the x direction
FIG. 19 is a diagram illustrating a state in which leveling work is performed by the beam
20 is an optical diagram showing the state of the beam axis of each laser beam passing through each
FIG. 21 is a view for explaining a leveling mechanism of a laser surveying instrument according to a modification of the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 22 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional laser surveying instrument
[Explanation of symbols]
14 Tube
21 Laser diode
22 Collimator lens
23, 50, 60, 70, 80, 50 ', 70', 80 'Beam axis adjustment unit
25, 67, 117 Negative lens
26, 66, 116 positive lens
27 Penta prism
41, 42, 51, 52, 56, 61, 77, 118 Parallel glass
43, 53, 57, 62, 78, 119 Cylindrical member
44, 45, 54, 55, 58, 59, 64, 65, 68, 69, 71-76, 111-114 Liquid layer
Claims (2)
発散しつつ進行する前記レーザビームの光路上に、互いに間隔をあけて平行に且つ前記光路に対して直交するように配置された2枚の平板状の透明部材と、
前記レーザビームの光路がその内部を通るように前記鏡筒内に配置されているとともに前記2枚の透明部材によりその内部が封止された筒状部材と、
この筒状部材内に第1材料からなる液体が充填されることにより形成された第1液層と、
前記第1材料と互いに不溶であり、前記第1材料よりも密度が小さく且つ屈折率が大きい第2材料からなる液体が前記筒状部材内に充填されることにより形成された第2液層と、
前記各透明部材を透過した発散光である前記レーザビームを集光するために前記鏡筒内に配置された正レンズと、
当該正レンズの光軸が鉛直方向を向いている場合に前記第1液層及び前記第2液層を通じて当該正レンズに関して前記レーザー光源の出射点と共役となる点上に焦点が位置するように、前記鏡筒内に配置された負レンズとを備え、
前記第1液層及び第2液層の屈折率をn 1 ,n 2 とし、前記正レンズ及び前記負レンズの焦点距離をそれぞれf 3 ,f 4 とし、前記レーザ光源から前記正レンズの主点までの距離をaとしたときに、
n 2 −n 1 =(a−f 3 )f 4 /(af 3 )
の関係を有するレーザ測量装置。A laser light source disposed in the lens barrel so that the laser beam is emitted as diverging light ,
On the optical path of the laser beam traveling while diverging , two flat transparent members arranged parallel to each other and perpendicular to the optical path ;
A tubular member having an optical path therein is sealed by said two transparent members together are disposed in said barrel so as to pass through the inside of the laser beam,
A first liquid layer formed by filling the cylindrical member with a liquid made of the first material;
A second liquid layer formed by filling the cylindrical member with a liquid made of a second material that is insoluble with each other and has a lower density and a higher refractive index than the first material; ,
A positive lens disposed in the lens barrel for condensing the laser beam, which is divergent light transmitted through the transparent members,
When the optical axis of the positive lens is in the vertical direction, the focal point is positioned on a point that is conjugate with the emission point of the laser light source with respect to the positive lens through the first liquid layer and the second liquid layer. And a negative lens disposed in the lens barrel ,
The refractive index of the first liquid layer and the second liquid layer and n 1, n 2, the positive lens and the focal length of the negative lens is f 3, f 4, respectively, the main point of the positive lens from the laser light source When the distance to is a,
n 2 −n 1 = (a−f 3 ) f 4 / (af 3 )
Laser surveying instrument that have a relationship.
発散しつつ進行する前記レーザビームの光路上に、互いに間隔をあけて平行に且つ前記光路に対して直交するように前記鏡筒内に配置された4枚以上の透明部材と、
前記レーザビームの光路がその内部を通るように前記鏡筒内に配置されているとともに前記各透明部材同士の間隙を密封して密閉空間を形成するために、前記各透明部材同士の側面間を覆う筒状部材と、
前記各密閉空間内に夫々形成された、第1材料の液体からなる第1液層,及び、前記第1材料に対して不溶であるとともに前記第1材料よりも密度が小さく且つ屈折率が大きい第2材料の液体からなる第2液層と、
前記各透明部材を透過した発散光である前記レーザビームを集光するために前記鏡筒内に配置された正レンズと、
当該正レンズの光軸が鉛直方向を向いている場合に前記第1液層及び前記第2液層を通じて当該正レンズに関して前記レーザー光源の出射点と共役となる点上に焦点が位置するように、前記鏡筒内に配置された負レンズとを備え、
前記各密閉痛感に形成された各第1液層の屈折率を前記レーザ光源側から順にそれぞれ、n 1 ,n 3 ,n 5 ,・・・とし、各第2液層の屈折率を前記レーザ光源側から順にそれぞれ、n 2 ,n 4 ,n 6 ,・・・とし、前記正レンズ及び前記負レンズの焦点距離をそれぞれf 3 ,f 4 とし、前記レーザ光源から前記正レンズの主点までの距離をaとしたときに、
n 2 −n 1 +n 4 −n 3 +n 6 −n 5 ・・・=(a−f 3 )f 4 /(af 3 )
の関係を有するレーザ測量装置。A laser light source disposed in the lens barrel so that the laser beam is emitted as diverging light ,
Four or more transparent members disposed in the lens barrel so as to be parallel to each other and perpendicular to the optical path on the optical path of the laser beam traveling while diverging ,
In the optical path of the laser beam to form a sealed space by sealing the gap between the transparent member the worker with disposed in said barrel so as to pass through the inside thereof, between the side surfaces of each other the respective transparent members a cylindrical member covering the,
A first liquid layer made of a liquid of the first material , formed in each of the sealed spaces , and insoluble in the first material and having a lower density and a higher refractive index than the first material. A second liquid layer made of a liquid of the second material ;
A positive lens disposed in the lens barrel for condensing the laser beam, which is divergent light transmitted through the transparent members,
When the optical axis of the positive lens is in the vertical direction, the focal point is positioned on a point that is conjugate with the emission point of the laser light source with respect to the positive lens through the first liquid layer and the second liquid layer. And a negative lens disposed in the lens barrel,
The refractive index of each first liquid layer formed in each hermetic pain is set to n 1 , n 3 , n 5 ,... Sequentially from the laser light source side , and the refractive index of each second liquid layer is the laser. In order from the light source side, n 2 , n 4 , n 6 ,..., And the focal lengths of the positive lens and the negative lens are f 3 and f 4 , respectively , from the laser light source to the principal point of the positive lens. When the distance is a,
n 2 −n 1 + n 4 −n 3 + n 6 −n 5 ... = (a−f 3 ) f 4 / (af 3 )
Laser surveying instrument that have a relationship.
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