JP4180718B2 - 回転レーザ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は室内内装工事、間仕切り工事等を行う場合の基準面を形成する回転レーザ装置、特に距離測定装置を具備した回転レーザ装置及び該回転レーザ装置に対して使用される対象反射体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
室内内装工事、間仕切り工事等を行う場合の作業として、墨打ち作業がある。従来の墨打ち作業としては、回転レーザ装置により水平、鉛直基準面、傾斜基準面或は水平基準線、鉛直基準線、傾斜基準線を形成し、該水平、鉛直基準面、傾斜基準面或は水平基準線、鉛直基準線、傾斜基準線を基に床面、壁に予め指定された寸法でポイントを投射していく方法が採られている。
【０００３】
ある基準線上の所定ポイントに墨打ちする場合、従来では別途測距装置により距離測定を行い或は巻尺等を用いてポイントの位置を決定していた。
【０００４】
又、レーザ基準面を形成することができる従来の回転レーザ装置としては特開平６−１３７８７０号公報に示されるものがある。
【０００５】
従来の回転レーザ装置では特開平６−１３７８７０号公報に示される様に、レーザ光線を照射しレーザ基準平面を形成する回転レーザ装置本体と、所定の位置に置かれ装置本体に向けてレーザ光線を反射する対象反射体から構成されている。対象反射体は所定の間隔に設けられた２つの反射面を備え、装置本体には対象反射体からの反射レーザ光を受光する受光部が備えられている。２つの反射面からの反射レーザ光を受光部が受光し２パルスが検出されるとレーザ照射の回転方向が反転する。又、反転を繰返すことで対象反射体上に往復動作を行い可視光レーザ光線の視認性を向上させている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の回転レーザ装置での墨打ち作業では、回転照射されるレーザ光線により壁面等に基準線を形成し、基準線上の所定のポイントは前述した様に、測距装置、巻尺等を利用して作業者が手作業により決定しなければならなかった。この為、墨打ち作業が繁雑なものとなっていた。又、対象反射体上で往復動作を行い視認性を向上する回転レーザ装置に於いても、ポイントを決定する場合には同様に距離を測定する必要があり、墨打ち作業は繁雑なものとなっていた。
【０００７】
本発明は斯かる実情に鑑み、対象反射体を検出すると共に、視認性を向上させるレーザ光線の往復動作を継続した状態で、対象反射体迄の距離測定を行うことが可能で、巻尺等を使用することなく墨打ち作業が行え、更に傾斜方向の設定を簡単に行える回転レーザ装置及びその対象反射体を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、レーザ光源と、測距部と、前記レーザ光源からのレーザ光線と測距部からの測距光を基準面上に回転照射する回動部と、前記レーザ光源からのレーザ光線を前記基準面上で偏向する為のスキャン手段とを具備する回転レーザ装置に係り、又前記回動部の照射方向を検出するエンコーダと、基準面上に位置する対象反射体により反射されたレーザ光線を受光する受光部を具備し、該受光部と前記エンコーダとの出力に基づいて前記対象反射体上に測距光を向けレーザ光線をスキャンさせる回転レーザ装置に係り、又レーザ光源と、測距部と、前記レーザ光源からのレーザ光線と測距部からの測距光を基準面上に回転照射する回動部と、該回動部の照射方向を検出するエンコーダと、前記回動部の回転軸を含む平面の水平を検知する傾斜センサと、前記レーザ光源からのレーザ光線を前記基準面上で偏向する為のスキャン手段とを具備する回転レーザ装置に係り、又基準面上に位置する対象反射体により反射されたレーザ光線を受光する受光部を具備し、該受光部と前記エンコーダとの出力に基づいて前記対象反射体上に測距光を向けレーザ光線をスキャンさせる回転レーザ装置に係り、又レーザ光源からのレーザ光線は可視光であり、測距部からの測距光は不可視光である回転レーザ装置に係り、又スキャン手段は回動部に設けられている回転レーザ装置に係り、又前記回動部の照射方向を検出するエンコーダと、前記レーザ光源と前記回動部との間の光路上に設けられレーザ光線を偏向するスキャン手段と、前記スキャン手段と前記回動部との間の光路上に設けられ前記スキャン手段からのレーザ光線を回転させるイメージローテータと、レーザ基準面が所定の方向で所定の位置に形成される様に前記回動部を制御する制御手段とを具備し、前記イメージローテータが前記回動部の１／２回転となる様に連動する回転レーザ装置に係り、又測距部の測定した距離に基づいて前記対象反射体の位置にレーザ光線を合焦させる様に、イメージローテータと回動部の間の光路上に合焦レンズを設けた回転レーザ装置に係り、又発光部から発光されるレーザ光線は偏光レーザ光線であり、前記受光部にはそれぞれ異なる偏光方向を受光する第１検出部と第２検出部を有する回転レーザ装置に係り、又第１検出部と第２検出部は、偏光レーザ光線の偏光方向を保存した状態で反射する反射面と偏光方向を変換して反射する反射面とが少なくとも一つの反射パターンを構成する対象反射体からの前記反射パターンの受光に基づいて所定の処理（例えば回転レーザ装置を回転走査モード、或は測距モードにするかの選択処理）を行う回転レーザ装置に係り、又前記測距部と前記エンコーダとにより、前記対象反射体の指示する第１の位置と第２の位置を測定し、その測定データに基づいて第１の位置から第２の位置迄の距離を算出する回転レーザ装置に係り、又第１の位置から第２の位置迄の距離を前記対象反射体の表示部に表示する回転レーザ装置に係り、更に又前記第１検出部と第２検出部との受光信号のパターンを認識し作動状態を制御する制御部を具備した回転レーザ装置に係るものである。
【０００９】
又、本発明はバンドパスフィルタが設けられた反射部と該反射部を挟み設けられた基準レーザ光線反射部を有する対象反射体に係り、又前記基準レーザ光線反射部はレーザ光線の偏光方向を保存して反射する偏光保存反射部とレーザ光線の偏光方向を変換して反射する偏光変換反射部とを有する対象反射体に係り、又レーザ光線の偏光方向を保存して反射する偏光保存部とレーザ光線の偏光方向を変換して反射する偏光変換部とを所要の配列で設けて反射パターンを形成した対象反射体に係るものである。
【００１０】
測距光を対象反射体に向けた状態で基準光のスキャンが行え、測定位置を示すレーザ光線の視認性を高めた状態で測量、或は墨打ち作業が行える。又２点間の距離が対象反射体迄の測距結果と対象反射体の移動に対応する照射方向の角度変化とで求められ、測定結果は測距光を介して受光側に伝達される。従って、複数点の墨打ち作業が巻尺等を使用せず迅速に行える。
【００１１】
又、対象反射体がバンドパスフィルタが設けられた反射部と該反射部を挟み設けられた基準レーザ光線反射部を有することから基準面を形成するレーザ光線と測距光とが同時に照射された状態でもバンドパスフィルタにより測距光のみを反射する様にすれば測距光を受光する場合の外乱光が少なくなり、精度のよい測距が行え、又反射パターンを基準レーザ光線により走査した場合の受光信号のパターンを判別することにより対象反射体側から回転レーザ装置に対し情報伝達が行える。
【００１２】
【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。
【００１３】
図１は回転レーザ装置１の主要部を示しており、該回転レーザ装置１は本体部２、該本体部２に回転自在に設けられた回動部３、前記本体部２に着脱可能に設けられた測距部４とから構成され、前記本体部２には基準レーザ光線を発光する基準光発光部５、受光部７、傾斜検出部８、制御部９（後述）、合焦光学系２７が設けられている。
【００１４】
前記基準光発光部５について説明する。
【００１５】
ビームスプリッタ１０を挟み一方の側に可視のレーザ光線８０を発する第１レーザダイオード１１が配設され、該第１レーザダイオード１１の光軸上で該第１レーザダイオード１１と前記ビームスプリッタ１０との間にレーザ光線を平行光束とするコリメータレンズ１２が配設され、更に前記レーザ光線８０の光軸上にはスキャン手段１５が設けられ、又イメージローテータ１６が回転自在に設けられている。
【００１６】
前記スキャン手段１５は前記レーザ光線８０を回転方向に沿って往復走査する。ここで走査手段としては、例えばミラーを振動させることで入射レーザ光線の進行方向を変化させるガルバノメータ、多面鏡を回転させ反射光を走査する回転多面鏡走査器、回折格子の方向、ピッチを空間的に変化させたホログラムをディスク上に複数形成し、回転させることによりレーザ光線を走査させるホログラムディスク走査器又は音響光学素子等が挙げられる。
【００１７】
前記回動部３による照射方向と前記スキャン手段１５による照射方向の偏向を関連付ける為、前記スキャン手段１５には偏向を検出する偏向検出手段４８が設けられている。偏向検出手段４８としてはスキャン手段１５がホログラムディスクを回転する様な場合にはエンコーダを用い、スキャン手段１５が音響光学素子を使用する場合では周波数を時間的にカウントし、回動部３のエンコーダ２３が検出する位置と関連付け、演算にて実質の照射方向を検出する。
【００１８】
前記イメージローテータ１６は孔明き傘歯車１７の回転軸上に設けられ、該孔明き傘歯車１７は前記レーザ光線８０の光軸を中心に回転自在に設けられている。前記イメージローテータ１６は一回転により投影像を二回転する機能を有する。
【００１９】
前記第１レーザダイオード１１に対向し前記ビームスプリッタ１０を挟み他方の側に可視のレーザ光線８１を発する第２レーザダイオード１８が配設され、該第２レーザダイオード１８の光軸上で該第２レーザダイオード１８と前記ビームスプリッタ１０との間にコリメータレンズ１９が配設される。前記ビームスプリッタ１０は前記第１レーザダイオード１１、第２レーザダイオード１８からのレーザ光線８０、レーザ光線８１を反射し、後述するＬＥＤ３６からの測距光８２を透過する。前記第１レーザダイオード１１からのレーザ光線８０は前記ビームスプリッタ１０で反射され、孔明きミラー１６を通り前記合焦光学系２７を経て後述するペンタプリズム２５に向けられ、前記第２レーザダイオード１８からのレーザ光線８１は前記レーザ光線８０とは反対側に反射され、前記測距部４を通り抜け下方に向かう。前記合焦光学系２７のレンズ群は前記ビームスプリッタ１０と前記回動部３との間に設けられ、測距部４の測距データに基づいて合焦光学系駆動部４９がレンズ位置を調整して測距対象物の位置にレーザ光線を合焦させる。
【００２０】
前記回動部３を説明する。
【００２１】
プリズムホルダ２４は前記ビームスプリッタ１０の射出レーザ光線光軸を中心に回転自在に支持され、前記プリズムホルダ２４にはペンタプリズム２５が固定され、該ペンタプリズム２５は前記基準光発光部５からのレーザ光線８０の一部８０ａを直角に偏向し、又残部８０ｂを透過させる。前記プリズムホルダ２４には該プリズムホルダ２４（即ち前記ペンタプリズム２５）の回転を検出するエンコーダ２３が設けられている。
【００２２】
前記受光部７は前記ペンタプリズム２５より射出されたレーザ光線８０ａが対象反射体５１に反射され、反射光が前記回転レーザ装置１に入光した場合に反射光を検出するものであり、前記ペンタプリズム２５を経て前記孔明きミラー２６で反射された光線が受光される。
【００２３】
前記プリズムホルダ２４には走査ギア２０が固着され、該走査ギア２０には駆動ギア２１が噛合し、該駆動ギア２１は走査モータ２２の駆動軸２８に嵌着され、前記走査モータ２２によって駆動回転される様になっている。又、前記駆動軸２８には小傘歯車２９が嵌着され、該小傘歯車２９は前記孔明き傘歯車１７と噛合し、該孔明き傘歯車１７と前記小傘歯車２９とのギア比は２：１となっており、前記ペンタプリズム２５の二回転に対して前記イメージローテータ１６が一回転する様になっている。
【００２４】
前記傾斜検出部８は直交する３軸方向にＸ軸傾斜センサ９１、Ｙ軸傾斜センサ９２、Ｚ軸傾斜センサ９３が配置された構成を有し、ビームスプリッタ１０の反射光軸が鉛直である場合に前記Ｘ軸、Ｙ軸が水平面を形成し、Ｚ軸、Ｘ軸が鉛直面を形成する。又、前記本体部２は図１の状態から前記Ｘ軸と平行な軸心（好ましくはＸ軸心）を中心に９０°回転した状態で設置可能な構造を具備している。前記本体部２を図１の状態から前記Ｘ軸と平行な軸心（好ましくはＸ軸心）を中心に９０°回転した状態は、前記Ｘ軸、Ｙ軸が鉛直面を形成し、Ｚ軸、Ｘ軸が水平面を形成する。
【００２５】
而して、前記Ｘ軸傾斜センサ９１、前記Ｙ軸傾斜センサ９２は図１での状態での回転レーザ装置１の傾斜を検出し、前記Ｘ軸傾斜センサ９１、前記Ｚ軸傾斜センサ９３は前記本体部２を図１の状態から９０°回転した状態（垂直状態から水平状態に倒した状態）での回転レーザ装置１の傾斜を検出する。
【００２６】
前記測距部４について説明する。
【００２７】
前記測距部４は測距光学系３０と測距演算部３１とから構成される。先ず測距光学系３０を説明する。
【００２８】
前記ペンタプリズム２５と反対側、前記ビームスプリッタ１０の反射光軸上に、コリメートレンズ３２、孔明きプリズム３３が配設され、該孔明きプリズム３３を挟み一方の側に測距光発光部３４が設けられ、他方の側には測距光受光部３５が設けられる。尚、レーザ光線８１を射出しない場合は孔明きプリズム３３の孔は必要ない。
【００２９】
前記測距光発光部３４は測距光８２を発するＬＥＤ３６を有し、該ＬＥＤ３６からの測距光８２はコリメートレンズ３７、光ファイバ３８を経て前記孔明きプリズム３３に向かって射出され、前記光ファイバ３８から射出された測距光８２は光路切替えスリット４１により測距光８２とレファレンス光８２ａとに切替えられ、測距光８２は前記孔明きプリズム３３に反射され、前記コリメートレンズ３２で平行光束とされ、前記ビームスプリッタ１０を通過し前記ペンタプリズム２５に入光する。該ペンタプリズム２５で前記測距光８２は９０°偏向されて対象反射体５１に向かう。尚、レーザ光線の場合と同様に測距光の一部を前記ペンタプリズム２５を透過する様にしてもよい。前記測距光８２は前記レーザ光線８０と視覚的に混同しない様、不可視の波長帯を使用する。
【００３０】
又、前記光ファイバ３８から射出され前記光路切替えスリット４１で測距光８２から切替えられたレファレンス光８２ａは、集光レンズ４２を透過して前記孔明きプリズム３３に入光し、前記孔明きプリズム３３で所要角度偏向されて内面反射され、反対側に透過する。透過したレファレンス光８２ａは前記測距光受光部３５に入光する。
【００３１】
該測距受光部３５は、前記孔明きプリズム３３を挟み前記光路切替えスリット４１に対峙したバンドパスフィルタ４３、濃度フィルタ４４を有し、該バンドパスフィルタ４３、濃度フィルタ４４を透過した測距レーザ光線は光ファイバ４５、コンデンサレンズ４６を介して測距受光素子４７に入光する様構成されている。
【００３２】
前記測距演算部３１は前記ＬＥＤ３６を駆動するドライバ（図示せず）を具備すると共に前記測距受光素子４７からの受光信号で前記対象反射体５１迄の距離を演算する様になっている。
【００３３】
前記制御部９について図２を参照して説明する。
【００３４】
制御部９には前記エンコーダ２３からの信号が入力されると共に前記傾斜検出部８、測距演算部３１、偏向検出部４８からの信号が入力される。前記走査モータ２２は前記制御部９からの制御信号を基にモータドライバ５３によって駆動され、前記スキャン手段１５は前記制御部９からの制御信号を基にスキャンドライバ５６によって駆動される。前記第１レーザダイオード１１、第２レーザダイオード１８はそれぞれ前記制御部９からの制御信号を基にドライバ５４、ドライバ５５によって発光される。
【００３５】
又、前記制御部９には操作部５２、表示部５８が接続され、前記操作部５２からは基準線の傾斜角度の設定、作動開始停止等の作業指示の入力等が行われ、前記表示部５８には装置の作動状態の表示、或は前記対象反射体５１に送る情報の表示等が行われる。前記制御部９は回転レーザ装置１の本体部２と測距部４のそれぞれに分けて制御させ、どちらか一方をメイン制御部としてもよい。分けることにより測距部４の分離が可能となる。
【００３６】
以下、作動を説明する。
【００３７】
先ず、水平基準面の設定、水平基準面内での距離の測定について説明する。
【００３８】
回転レーザ装置１を所定の位置に垂直姿勢に設置する。設置位置の確認は前記第１レーザダイオード１１から発せられたレーザ光線８０の一部が前記ペンタプリズム２５を透過して鉛直方向に照射されたレーザ光線８０ｂとなり、更に前記第２レーザダイオード１８から発せられ、前記ビームスプリッタ１０により測距部４に向けられたレーザ光線８１は前記孔明きプリズム３３の孔を通過して鉛直下方に照射される。前記レーザ光線８０ｂ及び前記レーザ光線８１によって回転レーザ装置１の位置を決定する。又、回転レーザ装置１の水平出しについては前記傾斜検出部８によって行う。前記Ｘ軸傾斜センサ９１、Ｙ軸傾斜センサ９２が検出する傾斜が０、即ち水平を検出する状態に整準する。
【００３９】
前記ドライバ５４を介して前記第１レーザダイオード１１を発光させ、前記ペンタプリズム２５により水平方向に偏向して射出する。前記モータドライバ５３により前記走査モータ２２を駆動し、同時に前記スキャンドライバ５６により前記スキャン手段１５を作動させ走査を行いながら前記駆動ギア２１、走査ギア２０を介して前記ペンタプリズム２５を回転し、レーザ光線８０ａを回転照射し、水平基準面を形成する。
【００４０】
前記スキャン手段１５はレーザ光線８０を紙面と平行、即ちペンタプリズム２５によるレーザ光線８０ａの走査方向に沿って往復走査する。
【００４１】
前記した様にイメージローテータ１６は一回転で投影像を二回転し、前記イメージローテータ１６は前記ペンタプリズム２５の一回転に対して１／２回転するので、前記ペンタプリズム２５から照射された場合前記スキャン手段１５によるレーザ光線のスキャン方向は回転することなく、常に走査方向に沿って往復走査する。
【００４２】
墨打ち作業は前記対象反射体５１を使用し、該対象反射体５１に照射されるレーザ光線の位置を確認し、該対象反射体５１を利用して墨打ちを行う。
【００４３】
該対象反射体５１は図３で示される様に中央に設けられた反射部６８ａに関し、反射部６８ｂ，６８ｃが対称に設けられたものである。前記対象反射体５１を予定された位置の近傍に配置し、前記反射部６８ａ，６８ｂ，６８ｃをレーザ光線８０ａが回転走査する様にする。反射部６８ａ，６８ｂ，６８ｃからの反射光により、前記受光部７が対象反射体５１を認識すると共に対象反射体５１の中心、即ち前記反射部６８ａに測距光を向け前記回動部３の回転を停止する。この時レーザ光線は略測距光の方向を中心に往復走査を続け墨打ち位置を表す。墨打ち作業は指標６９を利用して行われる。
【００４４】
又、距離測定は、前記測距演算部３１により前記ＬＥＤ３６を駆動して発光する測距光８２を前記対象反射体５１に照射して行う。
【００４５】
前記測距光８２が前記対象反射体５１で反射され、前記ペンタプリズム２５、ビームスプリッタ１０を経て前記測距光受光部３５に入光する。
【００４６】
前記測距受光素子４７には前記対象反射体５１で反射された測距光８２と前記光路切替えスリット４１で光路が切替えられたレファレンス光８２ａが交互に入射し、前記測距演算部３１は前記測距受光素子４７からの２つの信号から前記対象反射体５１迄の距離を演算する。演算した結果は前記表示部５８に表示される。
【００４７】
前記対象反射体５１迄の距離、レーザ光線の照射方向が検出されると、この位置を基準として他箇所の位置決めを順次行うことができる。即ち、対象反射体５１を次の箇所に移動し、前記したと同様に前記対象反射体５１迄の距離、レーザ光線の照射方向を検出する。移動したことによるレーザ光線の照射方向の角度偏差を前記エンコーダ２３が検出し、該検出結果と前記２箇所の対象反射体５１迄の距離により、移動前と移動後の対象反射体５１間の距離が前記制御部９により演算される。即ち、対象反射体５１の位置決めがなされる。
【００４８】
尚、前記した様に測距部４は本体部２に対して着脱可能であり、測距を行わない場合は、前記測距部４を取外し、回転レーザ装置１を基準面、基準線の形成のみに使用する。
【００４９】
次に、鉛直基準面、傾斜基準線、傾斜基準線の形成、及び墨打ち作業について図４、図５を参照して説明する。
【００５０】
前記回転レーザ装置１を前述したＸ軸、或はＸ軸と平行な軸を中心に９０°回転し、倒伏姿勢とする。この倒伏姿勢ではＹ軸傾斜センサ９２が鉛直姿勢となり、前記Ｚ軸傾斜センサ９３が水平姿勢となる。従って、前記Ｘ軸傾斜センサ９１と、前記Ｚ軸傾斜センサ９３とが水平面内に位置し、両センサ９１，９３の検出する傾斜が０となる様に前記回転レーザ装置１を既知の整準装置（図示せず）で整準する。倒伏姿勢で整準が行われた状態で、前記ペンタプリズム２５により偏向され、前記回動部３から回転照射されるレーザ光線８０ａは鉛直基準面を形成する。
【００５１】
更に、前記ペンタプリズム２５に偏向され照射されるレーザ光線８０ａが水平となる様、前記ペンタプリズム２５の角度位置を予め前記エンコーダ２３により検出しておく。この検出結果は、前記操作部５２より前記制御部９に入力設定される。従って、前記回転レーザ装置１が倒伏姿勢で整準が完了すると照射されているレーザ光線８０ａの角度は前記エンコーダ２３からの角度検出信号により、直ちに判明する。又、前記操作部５２よりレーザ光線８０ａの照射角度を入力することで、前記制御部９が前記エンコーダ２３からの信号を監視しつつ、前記モータドライバ５３を介し前記走査モータ２２の回転を制御することでレーザ光線８０ａの水平に対する照射角度を設定することができる。
【００５２】
又、回転レーザ装置１の倒伏姿勢での墨出し等で決められた施工位置との位置合わせは、最初、基準点への設置である。レーザ光線を鉛直下方のみ発光させ基準点に一致させる。平面方向は基準点を中心として前記ペンタプリズム２５を透過するレーザ光線８０ｂ、前記孔明きプリズム３３を通過するレーザ光線８１、及び前記回動部３より偏向されて照射されるレーザ光線８０ａを利用して行われる。レーザ光線８０ａとレーザ光線８０ｂとは直交している。
【００５３】
図４、図５で示される様に、往復走査する前記レーザ光線８０ａが前記対象反射体５１の適正位置（指標中心）を照射した状態で前記対象反射体５１を移動させる。前記対象反射体５１と前記本体部２との間の水平距離は前記測距部４により測距される。従って、測距された結果に基づき、測距距離が所定の値となった位置で墨打ちを行う（図４（Ａ）参照）。
【００５４】
次に、所定の基準線８３に沿った墨打ち作業が完了し、前記基準線８３と直交する基準線８４に沿った墨打ちを行う場合は、前記回転レーザ装置１を水平面内で９０°回転し、レーザ光線８０ａを前記基準線８３に合致させ、前記した墨打ち作業と同様な作業を繰返すことで前記基準線８４に沿った墨打ちを行うことができる（図４（Ｂ）参照）。
【００５５】
床面に墨打ちした位置を、天井面に投射する場合は、前記回転レーザ装置１を通常姿勢とし、前記レーザ光線８１の照射位置を床面の墨打ち位置に合致させれば、前記レーザ光線８０ｂが天井面を照射位置する位置が投射点となる。
【００５６】
次に、傾斜基準線を形成する場合は、前記倒伏姿勢で整準し、更に回転レーザ装置１の位置決めを完了した後、前記操作部５２より所望の角度を設定する。該操作部５２により入力された角度だけ前記モータドライバ５３を介して前記走査モータ２２が回転される。前記駆動ギア２１、走査ギア２０を介して前記ペンタプリズム２５が所望角度だけ回転し、回転角は前記エンコーダ２３で検出される。而して、正確な傾斜基準線が形成される。傾斜角は前記回動部３の回転角により決定され、該回動部３は全周回転可能であるので鋭角から鈍角迄任意の角度が設定できる。
【００５７】
傾斜基準線が確定した状態で、図５に示される様に、前記スキャン手段１５を駆動し、前記レーザ光線８０を往復走査すると前記ペンタプリズム２５から照射されたレーザ光線８０ａは部分的な鉛直基準面を形成する。
【００５８】
前記傾斜基準線、傾斜基準面は階段の勾配設定、傾斜面の勾配設定等に利用され、更に、傾斜基準線、傾斜基準面を形成した状態で測距を行うと、設定した勾配に沿った距離測定ができる。而して、階段の手摺の支柱位置の墨打ちをする場合、傾斜面に臨む壁面に手摺を設置する場合等の取付位置決定に利用される。
【００５９】
次に、図６を参照して倒伏状態での垂直方向位置決めを説明する。
【００６０】
前述した様に、対象反射体５１の表側には複数の反射部６８ａ，６８ｂ，６８ｃが設けられ、往復走査を行いながらレーザ光線が回転走査し受光部７が反射部からの反射光を受光すると、対象反射体５１を認識して対象反射体５１の中心に測距光を向け回動部の回転を停止する。この時の対象反射体５１の位置をＡとすると、Ａ位置迄の距離と方向を検出する。次に対象反射体５１をＢ位置に移動すると、回転レーザ装置１は再びレーザ光線を回転走査させＢ位置の対象反射体５１の中心に測距光を向け距離と方向を検出する。
【００６１】
制御部９はエンコーダ２３の回転角と測距部の距離によりＡ位置からＢ位置迄の距離を演算する。同様にＡ位置からＣ位置迄の距離を演算し、対象反射体５１の表示部６５に表示させる。この様にして垂直方向の位置決めが行われる。
【００６２】
対象反射体５１の複数の反射面を検出する方法は、例えば特開平６−１３７８７０号に記載されている。即ち、３反射部からの反射レーザ光線を受光部が受光し、得られた３パルスとエンコーダ２３の出力から対象反射体５１の中心位置にレーザ光線を向けることができる。Ａ位置からの距離をＣ位置からの距離に変更するには、一度リセットしなければならない。リセット信号は対象反射体５１に設けた発光素子６２から回転レーザ装置１に射出する光線により後述する様に送出することができる。
【００６３】
尚、図５中、６５は前記対象反射体５１の受光状態等の情報を示す表示部である。後述する様に表示部６５には回転レーザ装置１からの通信信号によりレーザ光線の位置を矢印で表示することもできる。レーザ光線が視認できない場合に有利である。又、７３は墨打ちをする場合に使用する指標である。
【００６４】
次に、図７、図８より第２の実施の形態について説明する。
【００６５】
該第２の実施の形態では本体部２が対象反射体５１を判別し、又該対象反射体５１の移動に対してレーザ光線８０ａの追従を可能とし、又前記本体部２と前記対象反射体５１との間で変調光による相互通信を可能としたものである。尚、図７、図８中、図１、図２中で示したものと同一のものには同符号を付しその説明を省略する。
【００６６】
コリメータレンズ１２とスキャン手段１５との間に前記コリメータレンズ１２側からλ／４複屈折部材１３、アナモフィックプリズム１４が配設され、前記λ／４複屈折部材１３は前記第１レーザダイオード１１からの直線偏光のレーザ光線を円偏光のレーザ光線に偏光し、又前記アナモフィックプリズム１４はレーザ光線８０の光束断面を円形とする。
【００６７】
前記ビームスプリッタ１０の反射光軸上には投光光学系６が配設され、更に該投光光学系６に対して受光部７が配設されている。
【００６８】
該投光光学系６は、前記ビームスプリッタ１０と前記回動部３との間に配設され、ビームスプリッタ１０の反射光軸上に配設された孔明きミラー２６、合焦光学系２７から構成され、前記ビームスプリッタ１０で反射された前記基準光発光部５からのレーザ光線８０を前記回動部３に導き、又、前記孔明きミラー２６は前記ペンタプリズム２５より入光した対象反射体５１からの反射光を前記受光部７に向けて反射する。
【００６９】
前記受光部７は前記孔明きミラー２６に対向し、該孔明きミラー２６の反射光軸上に配設されたλ／４複屈折部材８５、偏光ビームスプリッタ８６、集光レンズ８７、第１受光素子８８と、前記偏光ビームスプリッタ８６の反射光軸上に配設された集光レンズ８９、第２受光素子９０から成り、前記ペンタプリズム２５より射出されたレーザ光線８０ａが前記対象反射体５１に反射され、反射光が前記回転レーザ装置１に入光した場合に、前記第１受光素子８８、第２受光素子９０が受光して反射光を検出するものである。該第１受光素子８８、第２受光素子９０の受光信号は前記制御部９に入力される。
【００７０】
図９〜図１１に於いて、本発明に係る対象反射体５１を説明する。
【００７１】
断面が略逆Ｌ形状をしているケース６１の対向面の上部には発光素子６２、受光素子６３が設けられ、対向面の略中央にはＩ型形状に反射部６８が設けられている。該反射部６８は反射板６９、λ／４複屈折部材７０、λ／４複屈折部材７１、バンドパスフィルタ７２により構成され、前記Ｉ型形状の前記反射板６９が前記ケース６１に貼設され、更に前記反射板６９の上フランジ形状部の上半分を覆う様に横長矩形の前記λ／４複屈折部材７０が貼設され、又下フランジ形状部の上半分を覆う様に横長矩形の前記λ／４複屈折部材７１が貼設され、又前記バンドパスフィルタ７２はＩ型の前記反射板６９のリブ形状部に貼設され、前記バンドパスフィルタ７２の波長帯は例えば前記測距光８２を透過し、レーザ光線８０ａを遮断するものとする。前記λ／４複屈折部材７０、λ／４複屈折部材７１部分は偏光変換反射部を形成し、前記反射板６９が露出している部分は偏光保存反射部を形成する。
【００７２】
前記ケース６１の上端部の反対向面側は傾斜し、この傾斜面に前記表示部６５が設けられている。前記ケース６１の内部には制御基板６４が設けられ、該制御基板６４に前記発光素子６２、受光素子６３が接続されると共に前記表示部６５、操作スイッチ６６が接続されている。前記制御基板６４は前記発光素子６２を発光駆動し、或は情報伝達を行う為に発光素子６２から発せられる光を変調する。変調された光は前記本体部２に向けて発せられる。前記受光素子６３で受光した測距光８２（後述）から変調等で合成された情報信号を分離検出し、検出した結果は前記表示部６５に表示する。該表示部６５は傾斜しているので、表示内容は水平方向鉛直方向のいずれからも確認することができる。前記操作スイッチ６６は、表示の明るさの設定、表示切替え等を行う。
【００７３】
前記ケース６１の下端部中央にはＶ字欠切部が形成されることで指標７３が設けられ、前記対象反射体５１の位置合わせ、罫描き作業等に利用される。
【００７４】
以下、作用を説明する。
【００７５】
回転レーザ装置１は対象反射体５１を検出し、測距光を対象反射体５１のバンドパスフィルタ７２上に正しく照射することができる。尚、回転レーザ装置１にて対象反射体５１を検出する場合、スキャン手段１５を作動させてもスキャン手段１５を停止させていても可能である。
【００７６】
スキャンを作動させながらの走査では、受光部７からの受光信号が得られた時点の回動部３の照射位置とスキャン手段１５に設けられた前記偏向検出手段４８の検出位置とから、対象反射体５１のバンドパスフィルタ７２上に回動部３の照射方向を向ける。この時、レーザ光線は往復動作を行い、測距光はバンドパスフィルタ７２に向けられ距離測定が行われる。スキャンを停止させている場合、サーチにより対象反射体を横切ると検出信号が得られ、反転か一回転して対象反射体５１のバンドパスフィルタ７２上にレーザ光線の回転を停止する。停止後スキャン動作を行い距離を測定する。以下具体的に説明する。
【００７７】
前記第１レーザダイオード１１から発せられたレーザ光線８０ａは、前記λ／４複屈折部材１３により円偏光に変換され、又前記アナモフィックプリズム１４を透過することで光束断面が円形とされる。前記スキャン手段１５、イメージローテータ１６を通過して前記ビームスプリッタ１０で反射され、前記ペンタプリズム２５により９０°偏向されて照射される。前記合焦光学系２７は前記ペンタプリズム２５より照射されたレーザ光線８０ａを前記測距部４の測距データに基づき前記対象反射体５１に合焦し、或は無限遠に投光する。
【００７８】
前記対象反射体５１の前記反射部６８のλ／４複屈折部材７０、λ／４複屈折部材７１部分を透過し、前記反射板６９で反射されたレーザ光線８０ａはλ／４複屈折部材を２度透過することで偏光方向が９０°変更され、前記λ／４複屈折部材７０、λ／４複屈折部材７１以外の部分で反射されたレーザ光線８０ａは偏光方向が保存されて反射される。使用される反射板によっては偏光方向が逆となる場合もある。更に、前記バンドパスフィルタ７２は所定波長帯の光を透過し、所定波長帯以外の光を遮断するので、該バンドパスフィルタ７２の透過波長帯以外の光線は反射されない。従って、レーザ光線８０ａが前記波長帯を越える場合は、反射部６８で反射されない。
【００７９】
前記反射部６８で反射されたレーザ光線８０ａは前記ペンタプリズム２５を経て本体部２に入射し、前記合焦光学系２７を経て前記孔明きミラー２６で反射された前記受光部７に受光される。
【００８０】
レーザ光線８０ａが前記λ／４複屈折部材８５を透過することで直線偏光のレーザ光線に変換される。透過後のレーザ光線８０ａの偏向方向は、前記λ／４複屈折部材７０、λ／４複屈折部材７１を透過して反射された場合と、前記反射板６９で直接反射された場合とでは９０°異なる。前記偏光ビームスプリッタ８６は前記第１レーザダイオード１１から発せられるレーザ光線の偏光方向と同じ偏光方向を有するレーザ光線を透過し、第１レーザダイオード１１から発せられるレーザ光線の偏光方向とは９０°異なるものは反射する様になっている。従って、前記反射板６９で直接反射されたレーザ光線８０ａが前記第１受光素子８８に入射し、前記λ／４複屈折部材７０、λ／４複屈折部材７１部分で反射されたレーザ光線８０ａは前記偏光ビームスプリッタ８６で更に反射され、前記第２受光素子９０に入射する。
【００８１】
而して、前記第１受光素子８８からの出力と前記第２受光素子９０からの出力とを比較することで、レーザ光線８０ａが前記反射部６８のどこを照射しているのかが判別できる。更に、ペンタプリズム２５によるレーザ光線８０ａの走査方向を図７中で上下方向とすれば、前記第１受光素子８８、前記第２受光素子９０からの受光信号出力時期と前記エンコーダ２３から角度検出結果及び前記偏向検出手段４８の検出結果を基にレーザ光線８０ａが前記反射部６８を照射した場合の照射方向を検出することができ、この検出結果を基に測距光を前記バンドパスフィルタ７２部分に正しく照射することができる。
【００８２】
該バンドパスフィルタ７２の波長帯と前記バンドパスフィルタ４３の波長帯とは一致しており、前記バンドパスフィルタ７２部分で反射された測距光８２は前記ペンタプリズム２５より入射し、前記孔明きミラー２６、ビームスプリッタ１０を経て前記孔明きプリズム３３で反射され、前記バンドパスフィルタ４３、濃度フィルタ４４、コンデンサレンズ４６を経て前記測距受光素子４７に入射する。該測距受光素子４７には前記レファレンス光８２ａも入射しており、両入射光についての受光信号が前記測距演算部３１に入力され、距離が演算される。又、レーザ光線８０ａの反射光が或は外乱光が前記測距光学系３０に入光したとしても、前記バンドパスフィルタ４３により遮断される。
【００８３】
前記本体部２側が前記測距光発光部３４、測距光受光部３５、測距演算部３１を有し、又前記対象反射体５１が前記発光素子６２、受光素子６３、制御基板６４を有することから前記本体部２と前記対象反射体５１との間で変調光による相互通信が可能となる。
【００８４】
以下、前記本体部２、対象反射体５１間での相互通信について説明する。
【００８５】
前記対象反射体５１の前記操作スイッチ６６の操作により、前記制御基板６４は前記発光素子６２、例えばＬＥＤを駆動し、該発光素子６２から規定の変調周波数に変調した光線を発する。該発光素子６２からの発振波長は前記レーザ光線８０ａに近い又は同等の値とする。
【００８６】
前記発光素子６２からの光線は前記レーザ光線８０の光軸をたどり、前記ペンタプリズム２５から前記孔明きミラー２６を経て前記受光部７で受光される。前記発光素子６２の発振波長は前記レーザ光線８０ａと同等としてあるので、前記測距光受光部３５に到達することなく、前記受光部７に到達する。従って、測距作動時に誤って、前記発光素子６２が発光されても、測距の誤作業を防止することができる。
【００８７】
又情報通信時、前記受光部７には前記対象反射体５１で反射されたレーザ光線８０ａと前記発光素子６２からの光線が入射する。レーザ光線８０ａが連続発光している場合は、前記発光素子６２からの光量がレーザ光線８０ａの光量よりも大きくなければ発光素子６２からの光線を認識することはできない。この為、図１２に示す様に、前記第１レーザダイオード１１については例えば、Ｄｕｔｙ５０％、１００Ｈｚに変調させた発光形態で前記第１レーザダイオード１１を発振させ、又前記発光素子６２については前記第１レーザダイオード１１の変調周波数より大きな変調周波数例えば、１ＫＨｚ、２ＫＨｚ…の変調周波数で発振させる。尚、反射面に前記したバンドパスフィルタ７２を貼設しておけば、レーザ光線８０ａは遮光されるのでレーザ光線８０ａと測距光の変調周波数を変える必要はない。
【００８８】
前記受光部７からの受光信号について、前記制御部９の受光信号検出回路（図示せず）で前記発光素子６２からの受光信号の検出時間を前記第１レーザダイオード１１の発振がＯＦＦとなっている時間に設定することで、前記発光素子６２からの受光信号をレーザ光線８０ａから分離識別することができる。
【００８９】
次に、前記発光素子６２の発振周波数を前記測距光８２と同等とした場合について説明する。
【００９０】
前記発光素子６２からの光線の変調周波数と、前記測距光８２の変調周波数ととに明らかな差を設け、更に前記回転レーザ装置１からの測距データの送信が完了しない状態では、前記対象反射体５１からのデータ送信が行われない様な安全装置を設けておけば、誤操作することなく、前記測距光受光部３５で前記発光素子６２からの光束を受光し、前記対象反射体５１からのデータを受信することが可能である。
【００９１】
前記対象反射体５１から前記回転レーザ装置１に送るデータとしては、測距モード、レーザ光線８０ａの回転走査モード、レーザ光線８０ａの停止モードでの傾斜基準線の角度設定等の指示がある。前記対象反射体５１から前記回転レーザ装置１側に指示を送れることから、作業者が対象反射体５１側で殆どの作業を行うことができ、作業効率が向上する。
【００９２】
而して、本第２の実施の形態では対象反射体５１を回転レーザ装置１が検出可能であると共に対象反射体５１に対するレーザ光線の照射位置を適正位置とし、更に回転レーザ装置１と対象反射体５１間で相互通信が可能となる。
【００９３】
図１３に於いて前記反射部６８の変更例を示す。
【００９４】
図１３に示す反射部６８ではＩ型形状の反射板６９の上フランジ形状部、下フランジ形状部を覆う前記λ／４複屈折部材７０、λ／４複屈折部材７１を形状を変更したものであり、上フランジ形状部、下フランジ形状部をそれぞれ対角線で２分割し、上側の３角形部分にλ／４複屈折部材７０、λ／４複屈折部材７１を貼設したものであり、残りの下側の３角形部分は前記反射板６９が露出する様にしたものである。本変更例に於いても、前記λ／４複屈折部材７０、λ／４複屈折部材７１が貼設された部分は偏光変換反射部を形成し反射するレーザ光線８０ａの偏光方向を９０°偏向し、反射板６９が露出する部分は偏光保存反射部を形成し、反射するレーザ光線偏光方向は保存される。
【００９５】
前記反射部６８を上記の如く構成すると、レーザ光線８０ａが前記反射部６８の上フランジ形状部、下フランジ形状部のどこの部分をどの方向から走査しても１走査線上で前記λ／４複屈折部材７０、λ／４複屈折部材７１からの反射と、前記反射板６９からの反射が交互に隣接して現れ、前記λ／４複屈折部材７０、λ／４複屈折部材７１からの反射光は前記第２受光素子９０が検出し、前記反射板６９からの反射光は前記第１受光素子８８が検出するので、前記制御部９に於いて両受光素子８８，９０の受光信号のパルス幅を比較することで、レーザ光線８０ａの走査位置が分り、更に両受光素子８８，９０の受光信号のパルス発生順序からレーザ光線８０ａの走査の正逆方向が検出され、両受光素子８８，９０の受光信号の加算パルス幅からから中心位置が検出される。
【００９６】
図１４は反射部６８を更に変更した例を示すものであり、上フランジ形状部、下フランジ形状部をそれぞれ対角線で２分割し、上フランジ形状部の上側の３角形部分に反射板６９、λ／４複屈折部材７０を重ねて貼設し、下フランジ形状部の下側の３角形部に反射板６９をのみを貼設したものである。上フランジ形状部、下フランジ形状部の残りの３角形部分は非反射部としたものである。
【００９７】
本変更例に於いても上フランジ形状部、下フランジ形状部をレーザ光線８０ａが走査した場合に、走査位置、走査方向により前記第１受光素子８８、第２受光素子９０が受光する状態が異なるので、前記第１受光素子８８、第２受光素子９０からの受光信号に基づき図１１で示したものと同様レーザ光線８０ａの走査位置、走査方向を検出することができる。
【００９８】
図１５は対象反射体５１の応用例を示している。
【００９９】
対象反射体５１の対向面の前記反射部６８以外の場所に、反射板とλ／４複屈折部材とを重合させた偏光変換部７４と反射板のみの偏光保存部７５とを配列することで複数の反射パターン７６、反射パターン７７を形成したものである。
【０１００】
前記反射パターン７６と反射パターン７７とで偏光変換部７４と偏光保存部７５の組合わせを変えることで、前記受光部７からの受光信号は異なったものとなる。例えば図１３に示す反射パターン７６では同形状の偏光変換部７４を３つ、偏光保存部７５を２つ交互に並べたものであり、レーザ光線８０ａを走査させた場合或は対象反射体５１をレーザ光線８０ａに対して移動させた場合、受光部７からの受光信号は図１６の（Ａ）となる。又、前記反射パターン７７では偏光変換部７４を３つ、偏光保存部７５を３つ交互に並べたものであり、同様にレーザ光線８０ａに対して前記反射パターン７７を相対移動させた場合の前記受光部７からの受光信号は図１６の（Ｂ）となる。
【０１０１】
前記制御部９にパターン認識の機能を加え、更にパターンに対応して所定の制御信号を発する様にすれば、前記対象反射体５１に特に送信機能を具備させることなく、回転レーザ装置１に対して指令を送ることができる。例えば、図１６の（Ａ）に示すパターンでは回転レーザ装置１を回転走査モードとし、図１６の（Ｂ）に示すパターンでは回転レーザ装置１を測距モードとする等である。
【０１０２】
前記偏光変換部７４と前記偏光保存部７５の組合わせによるパターンは種々可能であり、偏光変換部７４、偏光保存部７５の境界部に非反射部を形成することで偏光変換部７４と偏光変換部７４或は偏光保存部７５と偏光保存部７５を隣接して配設することができ、更にパターンが多様化する。従って、前記対象反射体５１から前記回転レーザ装置１に対する指令の種類を増加することが可能となる。
【０１０３】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、傾斜基準面を設定する為の特別な機構は必要がなく、本体部を倒伏状態にすることで任意角度の傾斜基準面、傾斜基準線を極めて容易に設定することができ、更に、測距作業も併せて行え、作業性が著しく向上すると共に測距光を利用して情報通信が可能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】本発明の実施の形態の要部を示す概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態の要部を示すブロック図である。
【図３】対象反射体の正面図である。
【図４】（Ａ）（Ｂ）は本発明の実施の形態の作動説明図である。
【図５】本発明の実施の形態の作動説明図である。
【図６】垂直方向の位置決めを示す作動説明図である。
【図７】本発明の他の実施の形態を示す概略構成図である。
【図８】本発明の他の実施の形態の要部を示すブロック図である。
【図９】本発明の実施の形態で使用される対象反射体の正面図である。
【図１０】該対象反射体の立断面図である。
【図１１】該対象反射体の背面図である。
【図１２】レーザ光線、測距光の変調状態、受光部の受光信号の状態を示す説明図である。
【図１３】本発明の実施の形態で使用される対象反射体の変更例を示す要部説明図である。
【図１４】本発明の実施の形態で使用される対象反射体の他の変更例を示す要部説明図である。
【図１５】本発明の実施の形態で使用される対象反射体の応用例を示す要部説明図である。
【図１６】（Ａ）（Ｂ）は該対象反射対からの受光信号のパターンを示す図である。
【符号の説明】
１ 回転レーザ装置
２ 本体部
３ 回動部
４ 測距部
５ 基準光発光部
６ 投光光学系
７ 受光部
８ 傾斜検出部
９ 制御部
１０ ビームスプリッタ
１１ 第１レーザダイオード
１３ λ／４複屈折部材
１６ イメージローテータ
１５ スキャン手段
１７ 孔明き傘歯車
２２ 走査モータ
２３ エンコーダ
２６ 孔明きミラー
３０ 測距光学系
３１ 測距演算部
３４ 測距光発光部
３５ 測距光受光部
３６ ＬＥＤ
４１ 光路切替えスリット
４３ バンドパスフィルタ
４７ 測距受光素子
５１ 対象反射体
６２ 発光素子
６３ 受光素子
６４ 制御基板
６５ 表示部
６８ 反射部
７２ バンドパスフィルタ
８０ レーザ光線
８２ 測距光
９１ Ｘ軸傾斜センサ
９２ Ｙ軸傾斜センサ
９３ Ｚ軸傾斜センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は室内内装工事、間仕切り工事等を行う場合の基準面を形成する回転レーザ装置、特に距離測定装置を具備した回転レーザ装置及び該回転レーザ装置に対して使用される対象反射体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
室内内装工事、間仕切り工事等を行う場合の作業として、墨打ち作業がある。従来の墨打ち作業としては、回転レーザ装置により水平、鉛直基準面、傾斜基準面或は水平基準線、鉛直基準線、傾斜基準線を形成し、該水平、鉛直基準面、傾斜基準面或は水平基準線、鉛直基準線、傾斜基準線を基に床面、壁に予め指定された寸法でポイントを投射していく方法が採られている。
【０００３】
ある基準線上の所定ポイントに墨打ちする場合、従来では別途測距装置により距離測定を行い或は巻尺等を用いてポイントの位置を決定していた。
【０００４】
又、レーザ基準面を形成することができる従来の回転レーザ装置としては特開平６−１３７８７０号公報に示されるものがある。
【０００５】
従来の回転レーザ装置では特開平６−１３７８７０号公報に示される様に、レーザ光線を照射しレーザ基準平面を形成する回転レーザ装置本体と、所定の位置に置かれ装置本体に向けてレーザ光線を反射する対象反射体から構成されている。対象反射体は所定の間隔に設けられた２つの反射面を備え、装置本体には対象反射体からの反射レーザ光を受光する受光部が備えられている。２つの反射面からの反射レーザ光を受光部が受光し２パルスが検出されるとレーザ照射の回転方向が反転する。又、反転を繰返すことで対象反射体上に往復動作を行い可視光レーザ光線の視認性を向上させている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の回転レーザ装置での墨打ち作業では、回転照射されるレーザ光線により壁面等に基準線を形成し、基準線上の所定のポイントは前述した様に、測距装置、巻尺等を利用して作業者が手作業により決定しなければならなかった。この為、墨打ち作業が繁雑なものとなっていた。又、対象反射体上で往復動作を行い視認性を向上する回転レーザ装置に於いても、ポイントを決定する場合には同様に距離を測定する必要があり、墨打ち作業は繁雑なものとなっていた。
【０００７】
本発明は斯かる実情に鑑み、対象反射体を検出すると共に、視認性を向上させるレーザ光線の往復動作を継続した状態で、対象反射体迄の距離測定を行うことが可能で、巻尺等を使用することなく墨打ち作業が行え、更に傾斜方向の設定を簡単に行える回転レーザ装置及びその対象反射体を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、レーザ光源と、測距部と、前記レーザ光源からのレーザ光線と測距部からの測距光を基準面上に回転照射する回動部と、前記レーザ光源からのレーザ光線を前記基準面上で偏向する為のスキャン手段とを具備する回転レーザ装置に係り、又前記回動部の照射方向を検出するエンコーダと、基準面上に位置する対象反射体により反射されたレーザ光線を受光する受光部を具備し、該受光部と前記エンコーダとの出力に基づいて前記対象反射体上に測距光を向けレーザ光線をスキャンさせる回転レーザ装置に係り、又レーザ光源と、測距部と、前記レーザ光源からのレーザ光線と測距部からの測距光を基準面上に回転照射する回動部と、該回動部の照射方向を検出するエンコーダと、前記回動部の回転軸を含む平面の水平を検知する傾斜センサと、前記レーザ光源からのレーザ光線を前記基準面上で偏向する為のスキャン手段とを具備する回転レーザ装置に係り、又基準面上に位置する対象反射体により反射されたレーザ光線を受光する受光部を具備し、該受光部と前記エンコーダとの出力に基づいて前記対象反射体上に測距光を向けレーザ光線をスキャンさせる回転レーザ装置に係り、又レーザ光源からのレーザ光線は可視光であり、測距部からの測距光は不可視光である回転レーザ装置に係り、又スキャン手段は回動部に設けられている回転レーザ装置に係り、又前記回動部の照射方向を検出するエンコーダと、前記レーザ光源と前記回動部との間の光路上に設けられレーザ光線を偏向するスキャン手段と、前記スキャン手段と前記回動部との間の光路上に設けられ前記スキャン手段からのレーザ光線を回転させるイメージローテータと、レーザ基準面が所定の方向で所定の位置に形成される様に前記回動部を制御する制御手段とを具備し、前記イメージローテータが前記回動部の１／２回転となる様に連動する回転レーザ装置に係り、又測距部の測定した距離に基づいて前記対象反射体の位置にレーザ光線を合焦させる様に、イメージローテータと回動部の間の光路上に合焦レンズを設けた回転レーザ装置に係り、又発光部から発光されるレーザ光線は偏光レーザ光線であり、前記受光部にはそれぞれ異なる偏光方向を受光する第１検出部と第２検出部を有する回転レーザ装置に係り、又第１検出部と第２検出部は、偏光レーザ光線の偏光方向を保存した状態で反射する反射面と偏光方向を変換して反射する反射面とが少なくとも一つの反射パターンを構成する対象反射体からの前記反射パターンの受光に基づいて所定の処理（例えば回転レーザ装置を回転走査モード、或は測距モードにするかの選択処理）を行う回転レーザ装置に係り、又前記測距部と前記エンコーダとにより、前記対象反射体の指示する第１の位置と第２の位置を測定し、その測定データに基づいて第１の位置から第２の位置迄の距離を算出する回転レーザ装置に係り、又第１の位置から第２の位置迄の距離を前記対象反射体の表示部に表示する回転レーザ装置に係り、更に又前記第１検出部と第２検出部との受光信号のパターンを認識し作動状態を制御する制御部を具備した回転レーザ装置に係るものである。
【０００９】
又、本発明はバンドパスフィルタが設けられた反射部と該反射部を挟み設けられた基準レーザ光線反射部を有する対象反射体に係り、又前記基準レーザ光線反射部はレーザ光線の偏光方向を保存して反射する偏光保存反射部とレーザ光線の偏光方向を変換して反射する偏光変換反射部とを有する対象反射体に係り、又レーザ光線の偏光方向を保存して反射する偏光保存部とレーザ光線の偏光方向を変換して反射する偏光変換部とを所要の配列で設けて反射パターンを形成した対象反射体に係るものである。
【００１０】
測距光を対象反射体に向けた状態で基準光のスキャンが行え、測定位置を示すレーザ光線の視認性を高めた状態で測量、或は墨打ち作業が行える。又２点間の距離が対象反射体迄の測距結果と対象反射体の移動に対応する照射方向の角度変化とで求められ、測定結果は測距光を介して受光側に伝達される。従って、複数点の墨打ち作業が巻尺等を使用せず迅速に行える。
【００１１】
又、対象反射体がバンドパスフィルタが設けられた反射部と該反射部を挟み設けられた基準レーザ光線反射部を有することから基準面を形成するレーザ光線と測距光とが同時に照射された状態でもバンドパスフィルタにより測距光のみを反射する様にすれば測距光を受光する場合の外乱光が少なくなり、精度のよい測距が行え、又反射パターンを基準レーザ光線により走査した場合の受光信号のパターンを判別することにより対象反射体側から回転レーザ装置に対し情報伝達が行える。
【００１２】
【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。
【００１３】
図１は回転レーザ装置１の主要部を示しており、該回転レーザ装置１は本体部２、該本体部２に回転自在に設けられた回動部３、前記本体部２に着脱可能に設けられた測距部４とから構成され、前記本体部２には基準レーザ光線を発光する基準光発光部５、受光部７、傾斜検出部８、制御部９（後述）、合焦光学系２７が設けられている。
【００１４】
前記基準光発光部５について説明する。
【００１５】
ビームスプリッタ１０を挟み一方の側に可視のレーザ光線８０を発する第１レーザダイオード１１が配設され、該第１レーザダイオード１１の光軸上で該第１レーザダイオード１１と前記ビームスプリッタ１０との間にレーザ光線を平行光束とするコリメータレンズ１２が配設され、更に前記レーザ光線８０の光軸上にはスキャン手段１５が設けられ、又イメージローテータ１６が回転自在に設けられている。
【００１６】
前記スキャン手段１５は前記レーザ光線８０を回転方向に沿って往復走査する。ここで走査手段としては、例えばミラーを振動させることで入射レーザ光線の進行方向を変化させるガルバノメータ、多面鏡を回転させ反射光を走査する回転多面鏡走査器、回折格子の方向、ピッチを空間的に変化させたホログラムをディスク上に複数形成し、回転させることによりレーザ光線を走査させるホログラムディスク走査器又は音響光学素子等が挙げられる。
【００１７】
前記回動部３による照射方向と前記スキャン手段１５による照射方向の偏向を関連付ける為、前記スキャン手段１５には偏向を検出する偏向検出手段４８が設けられている。偏向検出手段４８としてはスキャン手段１５がホログラムディスクを回転する様な場合にはエンコーダを用い、スキャン手段１５が音響光学素子を使用する場合では周波数を時間的にカウントし、回動部３のエンコーダ２３が検出する位置と関連付け、演算にて実質の照射方向を検出する。
【００１８】
前記イメージローテータ１６は孔明き傘歯車１７の回転軸上に設けられ、該孔明き傘歯車１７は前記レーザ光線８０の光軸を中心に回転自在に設けられている。前記イメージローテータ１６は一回転により投影像を二回転する機能を有する。
【００１９】
前記第１レーザダイオード１１に対向し前記ビームスプリッタ１０を挟み他方の側に可視のレーザ光線８１を発する第２レーザダイオード１８が配設され、該第２レーザダイオード１８の光軸上で該第２レーザダイオード１８と前記ビームスプリッタ１０との間にコリメータレンズ１９が配設される。前記ビームスプリッタ１０は前記第１レーザダイオード１１、第２レーザダイオード１８からのレーザ光線８０、レーザ光線８１を反射し、後述するＬＥＤ３６からの測距光８２を透過する。前記第１レーザダイオード１１からのレーザ光線８０は前記ビームスプリッタ１０で反射され、孔明きミラー１６を通り前記合焦光学系２７を経て後述するペンタプリズム２５に向けられ、前記第２レーザダイオード１８からのレーザ光線８１は前記レーザ光線８０とは反対側に反射され、前記測距部４を通り抜け下方に向かう。前記合焦光学系２７のレンズ群は前記ビームスプリッタ１０と前記回動部３との間に設けられ、測距部４の測距データに基づいて合焦光学系駆動部４９がレンズ位置を調整して測距対象物の位置にレーザ光線を合焦させる。
【００２０】
前記回動部３を説明する。
【００２１】
プリズムホルダ２４は前記ビームスプリッタ１０の射出レーザ光線光軸を中心に回転自在に支持され、前記プリズムホルダ２４にはペンタプリズム２５が固定され、該ペンタプリズム２５は前記基準光発光部５からのレーザ光線８０の一部８０ａを直角に偏向し、又残部８０ｂを透過させる。前記プリズムホルダ２４には該プリズムホルダ２４（即ち前記ペンタプリズム２５）の回転を検出するエンコーダ２３が設けられている。
【００２２】
前記受光部７は前記ペンタプリズム２５より射出されたレーザ光線８０ａが対象反射体５１に反射され、反射光が前記回転レーザ装置１に入光した場合に反射光を検出するものであり、前記ペンタプリズム２５を経て前記孔明きミラー２６で反射された光線が受光される。
【００２３】
前記プリズムホルダ２４には走査ギア２０が固着され、該走査ギア２０には駆動ギア２１が噛合し、該駆動ギア２１は走査モータ２２の駆動軸２８に嵌着され、前記走査モータ２２によって駆動回転される様になっている。又、前記駆動軸２８には小傘歯車２９が嵌着され、該小傘歯車２９は前記孔明き傘歯車１７と噛合し、該孔明き傘歯車１７と前記小傘歯車２９とのギア比は２：１となっており、前記ペンタプリズム２５の二回転に対して前記イメージローテータ１６が一回転する様になっている。
【００２４】
前記傾斜検出部８は直交する３軸方向にＸ軸傾斜センサ９１、Ｙ軸傾斜センサ９２、Ｚ軸傾斜センサ９３が配置された構成を有し、ビームスプリッタ１０の反射光軸が鉛直である場合に前記Ｘ軸、Ｙ軸が水平面を形成し、Ｚ軸、Ｘ軸が鉛直面を形成する。又、前記本体部２は図１の状態から前記Ｘ軸と平行な軸心（好ましくはＸ軸心）を中心に９０°回転した状態で設置可能な構造を具備している。前記本体部２を図１の状態から前記Ｘ軸と平行な軸心（好ましくはＸ軸心）を中心に９０°回転した状態は、前記Ｘ軸、Ｙ軸が鉛直面を形成し、Ｚ軸、Ｘ軸が水平面を形成する。
【００２５】
而して、前記Ｘ軸傾斜センサ９１、前記Ｙ軸傾斜センサ９２は図１での状態での回転レーザ装置１の傾斜を検出し、前記Ｘ軸傾斜センサ９１、前記Ｚ軸傾斜センサ９３は前記本体部２を図１の状態から９０°回転した状態（垂直状態から水平状態に倒した状態）での回転レーザ装置１の傾斜を検出する。
【００２６】
前記測距部４について説明する。
【００２７】
前記測距部４は測距光学系３０と測距演算部３１とから構成される。先ず測距光学系３０を説明する。
【００２８】
前記ペンタプリズム２５と反対側、前記ビームスプリッタ１０の反射光軸上に、コリメートレンズ３２、孔明きプリズム３３が配設され、該孔明きプリズム３３を挟み一方の側に測距光発光部３４が設けられ、他方の側には測距光受光部３５が設けられる。尚、レーザ光線８１を射出しない場合は孔明きプリズム３３の孔は必要ない。
【００２９】
前記測距光発光部３４は測距光８２を発するＬＥＤ３６を有し、該ＬＥＤ３６からの測距光８２はコリメートレンズ３７、光ファイバ３８を経て前記孔明きプリズム３３に向かって射出され、前記光ファイバ３８から射出された測距光８２は光路切替えスリット４１により測距光８２とレファレンス光８２ａとに切替えられ、測距光８２は前記孔明きプリズム３３に反射され、前記コリメートレンズ３２で平行光束とされ、前記ビームスプリッタ１０を通過し前記ペンタプリズム２５に入光する。該ペンタプリズム２５で前記測距光８２は９０°偏向されて対象反射体５１に向かう。尚、レーザ光線の場合と同様に測距光の一部を前記ペンタプリズム２５を透過する様にしてもよい。前記測距光８２は前記レーザ光線８０と視覚的に混同しない様、不可視の波長帯を使用する。
【００３０】
又、前記光ファイバ３８から射出され前記光路切替えスリット４１で測距光８２から切替えられたレファレンス光８２ａは、集光レンズ４２を透過して前記孔明きプリズム３３に入光し、前記孔明きプリズム３３で所要角度偏向されて内面反射され、反対側に透過する。透過したレファレンス光８２ａは前記測距光受光部３５に入光する。
【００３１】
該測距受光部３５は、前記孔明きプリズム３３を挟み前記光路切替えスリット４１に対峙したバンドパスフィルタ４３、濃度フィルタ４４を有し、該バンドパスフィルタ４３、濃度フィルタ４４を透過した測距レーザ光線は光ファイバ４５、コンデンサレンズ４６を介して測距受光素子４７に入光する様構成されている。
【００３２】
前記測距演算部３１は前記ＬＥＤ３６を駆動するドライバ（図示せず）を具備すると共に前記測距受光素子４７からの受光信号で前記対象反射体５１迄の距離を演算する様になっている。
【００３３】
前記制御部９について図２を参照して説明する。
【００３４】
制御部９には前記エンコーダ２３からの信号が入力されると共に前記傾斜検出部８、測距演算部３１、偏向検出部４８からの信号が入力される。前記走査モータ２２は前記制御部９からの制御信号を基にモータドライバ５３によって駆動され、前記スキャン手段１５は前記制御部９からの制御信号を基にスキャンドライバ５６によって駆動される。前記第１レーザダイオード１１、第２レーザダイオード１８はそれぞれ前記制御部９からの制御信号を基にドライバ５４、ドライバ５５によって発光される。
【００３５】
又、前記制御部９には操作部５２、表示部５８が接続され、前記操作部５２からは基準線の傾斜角度の設定、作動開始停止等の作業指示の入力等が行われ、前記表示部５８には装置の作動状態の表示、或は前記対象反射体５１に送る情報の表示等が行われる。前記制御部９は回転レーザ装置１の本体部２と測距部４のそれぞれに分けて制御させ、どちらか一方をメイン制御部としてもよい。分けることにより測距部４の分離が可能となる。
【００３６】
以下、作動を説明する。
【００３７】
先ず、水平基準面の設定、水平基準面内での距離の測定について説明する。
【００３８】
回転レーザ装置１を所定の位置に垂直姿勢に設置する。設置位置の確認は前記第１レーザダイオード１１から発せられたレーザ光線８０の一部が前記ペンタプリズム２５を透過して鉛直方向に照射されたレーザ光線８０ｂとなり、更に前記第２レーザダイオード１８から発せられ、前記ビームスプリッタ１０により測距部４に向けられたレーザ光線８１は前記孔明きプリズム３３の孔を通過して鉛直下方に照射される。前記レーザ光線８０ｂ及び前記レーザ光線８１によって回転レーザ装置１の位置を決定する。又、回転レーザ装置１の水平出しについては前記傾斜検出部８によって行う。前記Ｘ軸傾斜センサ９１、Ｙ軸傾斜センサ９２が検出する傾斜が０、即ち水平を検出する状態に整準する。
【００３９】
前記ドライバ５４を介して前記第１レーザダイオード１１を発光させ、前記ペンタプリズム２５により水平方向に偏向して射出する。前記モータドライバ５３により前記走査モータ２２を駆動し、同時に前記スキャンドライバ５６により前記スキャン手段１５を作動させ走査を行いながら前記駆動ギア２１、走査ギア２０を介して前記ペンタプリズム２５を回転し、レーザ光線８０ａを回転照射し、水平基準面を形成する。
【００４０】
前記スキャン手段１５はレーザ光線８０を紙面と平行、即ちペンタプリズム２５によるレーザ光線８０ａの走査方向に沿って往復走査する。
【００４１】
前記した様にイメージローテータ１６は一回転で投影像を二回転し、前記イメージローテータ１６は前記ペンタプリズム２５の一回転に対して１／２回転するので、前記ペンタプリズム２５から照射された場合前記スキャン手段１５によるレーザ光線のスキャン方向は回転することなく、常に走査方向に沿って往復走査する。
【００４２】
墨打ち作業は前記対象反射体５１を使用し、該対象反射体５１に照射されるレーザ光線の位置を確認し、該対象反射体５１を利用して墨打ちを行う。
【００４３】
該対象反射体５１は図３で示される様に中央に設けられた反射部６８ａに関し、反射部６８ｂ，６８ｃが対称に設けられたものである。前記対象反射体５１を予定された位置の近傍に配置し、前記反射部６８ａ，６８ｂ，６８ｃをレーザ光線８０ａが回転走査する様にする。反射部６８ａ，６８ｂ，６８ｃからの反射光により、前記受光部７が対象反射体５１を認識すると共に対象反射体５１の中心、即ち前記反射部６８ａに測距光を向け前記回動部３の回転を停止する。この時レーザ光線は略測距光の方向を中心に往復走査を続け墨打ち位置を表す。墨打ち作業は指標６９を利用して行われる。
【００４４】
又、距離測定は、前記測距演算部３１により前記ＬＥＤ３６を駆動して発光する測距光８２を前記対象反射体５１に照射して行う。
【００４５】
前記測距光８２が前記対象反射体５１で反射され、前記ペンタプリズム２５、ビームスプリッタ１０を経て前記測距光受光部３５に入光する。
【００４６】
前記測距受光素子４７には前記対象反射体５１で反射された測距光８２と前記光路切替えスリット４１で光路が切替えられたレファレンス光８２ａが交互に入射し、前記測距演算部３１は前記測距受光素子４７からの２つの信号から前記対象反射体５１迄の距離を演算する。演算した結果は前記表示部５８に表示される。
【００４７】
前記対象反射体５１迄の距離、レーザ光線の照射方向が検出されると、この位置を基準として他箇所の位置決めを順次行うことができる。即ち、対象反射体５１を次の箇所に移動し、前記したと同様に前記対象反射体５１迄の距離、レーザ光線の照射方向を検出する。移動したことによるレーザ光線の照射方向の角度偏差を前記エンコーダ２３が検出し、該検出結果と前記２箇所の対象反射体５１迄の距離により、移動前と移動後の対象反射体５１間の距離が前記制御部９により演算される。即ち、対象反射体５１の位置決めがなされる。
【００４８】
尚、前記した様に測距部４は本体部２に対して着脱可能であり、測距を行わない場合は、前記測距部４を取外し、回転レーザ装置１を基準面、基準線の形成のみに使用する。
【００４９】
次に、鉛直基準面、傾斜基準線、傾斜基準線の形成、及び墨打ち作業について図４、図５を参照して説明する。
【００５０】
前記回転レーザ装置１を前述したＸ軸、或はＸ軸と平行な軸を中心に９０°回転し、倒伏姿勢とする。この倒伏姿勢ではＹ軸傾斜センサ９２が鉛直姿勢となり、前記Ｚ軸傾斜センサ９３が水平姿勢となる。従って、前記Ｘ軸傾斜センサ９１と、前記Ｚ軸傾斜センサ９３とが水平面内に位置し、両センサ９１，９３の検出する傾斜が０となる様に前記回転レーザ装置１を既知の整準装置（図示せず）で整準する。倒伏姿勢で整準が行われた状態で、前記ペンタプリズム２５により偏向され、前記回動部３から回転照射されるレーザ光線８０ａは鉛直基準面を形成する。
【００５１】
更に、前記ペンタプリズム２５に偏向され照射されるレーザ光線８０ａが水平となる様、前記ペンタプリズム２５の角度位置を予め前記エンコーダ２３により検出しておく。この検出結果は、前記操作部５２より前記制御部９に入力設定される。従って、前記回転レーザ装置１が倒伏姿勢で整準が完了すると照射されているレーザ光線８０ａの角度は前記エンコーダ２３からの角度検出信号により、直ちに判明する。又、前記操作部５２よりレーザ光線８０ａの照射角度を入力することで、前記制御部９が前記エンコーダ２３からの信号を監視しつつ、前記モータドライバ５３を介し前記走査モータ２２の回転を制御することでレーザ光線８０ａの水平に対する照射角度を設定することができる。
【００５２】
又、回転レーザ装置１の倒伏姿勢での墨出し等で決められた施工位置との位置合わせは、最初、基準点への設置である。レーザ光線を鉛直下方のみ発光させ基準点に一致させる。平面方向は基準点を中心として前記ペンタプリズム２５を透過するレーザ光線８０ｂ、前記孔明きプリズム３３を通過するレーザ光線８１、及び前記回動部３より偏向されて照射されるレーザ光線８０ａを利用して行われる。レーザ光線８０ａとレーザ光線８０ｂとは直交している。
【００５３】
図４、図５で示される様に、往復走査する前記レーザ光線８０ａが前記対象反射体５１の適正位置（指標中心）を照射した状態で前記対象反射体５１を移動させる。前記対象反射体５１と前記本体部２との間の水平距離は前記測距部４により測距される。従って、測距された結果に基づき、測距距離が所定の値となった位置で墨打ちを行う（図４（Ａ）参照）。
【００５４】
次に、所定の基準線８３に沿った墨打ち作業が完了し、前記基準線８３と直交する基準線８４に沿った墨打ちを行う場合は、前記回転レーザ装置１を水平面内で９０°回転し、レーザ光線８０ａを前記基準線８３に合致させ、前記した墨打ち作業と同様な作業を繰返すことで前記基準線８４に沿った墨打ちを行うことができる（図４（Ｂ）参照）。
【００５５】
床面に墨打ちした位置を、天井面に投射する場合は、前記回転レーザ装置１を通常姿勢とし、前記レーザ光線８１の照射位置を床面の墨打ち位置に合致させれば、前記レーザ光線８０ｂが天井面を照射位置する位置が投射点となる。
【００５６】
次に、傾斜基準線を形成する場合は、前記倒伏姿勢で整準し、更に回転レーザ装置１の位置決めを完了した後、前記操作部５２より所望の角度を設定する。該操作部５２により入力された角度だけ前記モータドライバ５３を介して前記走査モータ２２が回転される。前記駆動ギア２１、走査ギア２０を介して前記ペンタプリズム２５が所望角度だけ回転し、回転角は前記エンコーダ２３で検出される。而して、正確な傾斜基準線が形成される。傾斜角は前記回動部３の回転角により決定され、該回動部３は全周回転可能であるので鋭角から鈍角迄任意の角度が設定できる。
【００５７】
傾斜基準線が確定した状態で、図５に示される様に、前記スキャン手段１５を駆動し、前記レーザ光線８０を往復走査すると前記ペンタプリズム２５から照射されたレーザ光線８０ａは部分的な鉛直基準面を形成する。
【００５８】
前記傾斜基準線、傾斜基準面は階段の勾配設定、傾斜面の勾配設定等に利用され、更に、傾斜基準線、傾斜基準面を形成した状態で測距を行うと、設定した勾配に沿った距離測定ができる。而して、階段の手摺の支柱位置の墨打ちをする場合、傾斜面に臨む壁面に手摺を設置する場合等の取付位置決定に利用される。
【００５９】
次に、図６を参照して倒伏状態での垂直方向位置決めを説明する。
【００６０】
前述した様に、対象反射体５１の表側には複数の反射部６８ａ，６８ｂ，６８ｃが設けられ、往復走査を行いながらレーザ光線が回転走査し受光部７が反射部からの反射光を受光すると、対象反射体５１を認識して対象反射体５１の中心に測距光を向け回動部の回転を停止する。この時の対象反射体５１の位置をＡとすると、Ａ位置迄の距離と方向を検出する。次に対象反射体５１をＢ位置に移動すると、回転レーザ装置１は再びレーザ光線を回転走査させＢ位置の対象反射体５１の中心に測距光を向け距離と方向を検出する。
【００６１】
制御部９はエンコーダ２３の回転角と測距部の距離によりＡ位置からＢ位置迄の距離を演算する。同様にＡ位置からＣ位置迄の距離を演算し、対象反射体５１の表示部６５に表示させる。この様にして垂直方向の位置決めが行われる。
【００６２】
対象反射体５１の複数の反射面を検出する方法は、例えば特開平６−１３７８７０号に記載されている。即ち、３反射部からの反射レーザ光線を受光部が受光し、得られた３パルスとエンコーダ２３の出力から対象反射体５１の中心位置にレーザ光線を向けることができる。Ａ位置からの距離をＣ位置からの距離に変更するには、一度リセットしなければならない。リセット信号は対象反射体５１に設けた発光素子６２から回転レーザ装置１に射出する光線により後述する様に送出することができる。
【００６３】
尚、図５中、６５は前記対象反射体５１の受光状態等の情報を示す表示部である。後述する様に表示部６５には回転レーザ装置１からの通信信号によりレーザ光線の位置を矢印で表示することもできる。レーザ光線が視認できない場合に有利である。又、７３は墨打ちをする場合に使用する指標である。
【００６４】
次に、図７、図８より第２の実施の形態について説明する。
【００６５】
該第２の実施の形態では本体部２が対象反射体５１を判別し、又該対象反射体５１の移動に対してレーザ光線８０ａの追従を可能とし、又前記本体部２と前記対象反射体５１との間で変調光による相互通信を可能としたものである。尚、図７、図８中、図１、図２中で示したものと同一のものには同符号を付しその説明を省略する。
【００６６】
コリメータレンズ１２とスキャン手段１５との間に前記コリメータレンズ１２側からλ／４複屈折部材１３、アナモフィックプリズム１４が配設され、前記λ／４複屈折部材１３は前記第１レーザダイオード１１からの直線偏光のレーザ光線を円偏光のレーザ光線に偏光し、又前記アナモフィックプリズム１４はレーザ光線８０の光束断面を円形とする。
【００６７】
前記ビームスプリッタ１０の反射光軸上には投光光学系６が配設され、更に該投光光学系６に対して受光部７が配設されている。
【００６８】
該投光光学系６は、前記ビームスプリッタ１０と前記回動部３との間に配設され、ビームスプリッタ１０の反射光軸上に配設された孔明きミラー２６、合焦光学系２７から構成され、前記ビームスプリッタ１０で反射された前記基準光発光部５からのレーザ光線８０を前記回動部３に導き、又、前記孔明きミラー２６は前記ペンタプリズム２５より入光した対象反射体５１からの反射光を前記受光部７に向けて反射する。
【００６９】
前記受光部７は前記孔明きミラー２６に対向し、該孔明きミラー２６の反射光軸上に配設されたλ／４複屈折部材８５、偏光ビームスプリッタ８６、集光レンズ８７、第１受光素子８８と、前記偏光ビームスプリッタ８６の反射光軸上に配設された集光レンズ８９、第２受光素子９０から成り、前記ペンタプリズム２５より射出されたレーザ光線８０ａが前記対象反射体５１に反射され、反射光が前記回転レーザ装置１に入光した場合に、前記第１受光素子８８、第２受光素子９０が受光して反射光を検出するものである。該第１受光素子８８、第２受光素子９０の受光信号は前記制御部９に入力される。
【００７０】
図９〜図１１に於いて、本発明に係る対象反射体５１を説明する。
【００７１】
断面が略逆Ｌ形状をしているケース６１の対向面の上部には発光素子６２、受光素子６３が設けられ、対向面の略中央にはＩ型形状に反射部６８が設けられている。該反射部６８は反射板６９、λ／４複屈折部材７０、λ／４複屈折部材７１、バンドパスフィルタ７２により構成され、前記Ｉ型形状の前記反射板６９が前記ケース６１に貼設され、更に前記反射板６９の上フランジ形状部の上半分を覆う様に横長矩形の前記λ／４複屈折部材７０が貼設され、又下フランジ形状部の上半分を覆う様に横長矩形の前記λ／４複屈折部材７１が貼設され、又前記バンドパスフィルタ７２はＩ型の前記反射板６９のリブ形状部に貼設され、前記バンドパスフィルタ７２の波長帯は例えば前記測距光８２を透過し、レーザ光線８０ａを遮断するものとする。前記λ／４複屈折部材７０、λ／４複屈折部材７１部分は偏光変換反射部を形成し、前記反射板６９が露出している部分は偏光保存反射部を形成する。
【００７２】
前記ケース６１の上端部の反対向面側は傾斜し、この傾斜面に前記表示部６５が設けられている。前記ケース６１の内部には制御基板６４が設けられ、該制御基板６４に前記発光素子６２、受光素子６３が接続されると共に前記表示部６５、操作スイッチ６６が接続されている。前記制御基板６４は前記発光素子６２を発光駆動し、或は情報伝達を行う為に発光素子６２から発せられる光を変調する。変調された光は前記本体部２に向けて発せられる。前記受光素子６３で受光した測距光８２（後述）から変調等で合成された情報信号を分離検出し、検出した結果は前記表示部６５に表示する。該表示部６５は傾斜しているので、表示内容は水平方向鉛直方向のいずれからも確認することができる。前記操作スイッチ６６は、表示の明るさの設定、表示切替え等を行う。
【００７３】
前記ケース６１の下端部中央にはＶ字欠切部が形成されることで指標７３が設けられ、前記対象反射体５１の位置合わせ、罫描き作業等に利用される。
【００７４】
以下、作用を説明する。
【００７５】
回転レーザ装置１は対象反射体５１を検出し、測距光を対象反射体５１のバンドパスフィルタ７２上に正しく照射することができる。尚、回転レーザ装置１にて対象反射体５１を検出する場合、スキャン手段１５を作動させてもスキャン手段１５を停止させていても可能である。
【００７６】
スキャンを作動させながらの走査では、受光部７からの受光信号が得られた時点の回動部３の照射位置とスキャン手段１５に設けられた前記偏向検出手段４８の検出位置とから、対象反射体５１のバンドパスフィルタ７２上に回動部３の照射方向を向ける。この時、レーザ光線は往復動作を行い、測距光はバンドパスフィルタ７２に向けられ距離測定が行われる。スキャンを停止させている場合、サーチにより対象反射体を横切ると検出信号が得られ、反転か一回転して対象反射体５１のバンドパスフィルタ７２上にレーザ光線の回転を停止する。停止後スキャン動作を行い距離を測定する。以下具体的に説明する。
【００７７】
前記第１レーザダイオード１１から発せられたレーザ光線８０ａは、前記λ／４複屈折部材１３により円偏光に変換され、又前記アナモフィックプリズム１４を透過することで光束断面が円形とされる。前記スキャン手段１５、イメージローテータ１６を通過して前記ビームスプリッタ１０で反射され、前記ペンタプリズム２５により９０°偏向されて照射される。前記合焦光学系２７は前記ペンタプリズム２５より照射されたレーザ光線８０ａを前記測距部４の測距データに基づき前記対象反射体５１に合焦し、或は無限遠に投光する。
【００７８】
前記対象反射体５１の前記反射部６８のλ／４複屈折部材７０、λ／４複屈折部材７１部分を透過し、前記反射板６９で反射されたレーザ光線８０ａはλ／４複屈折部材を２度透過することで偏光方向が９０°変更され、前記λ／４複屈折部材７０、λ／４複屈折部材７１以外の部分で反射されたレーザ光線８０ａは偏光方向が保存されて反射される。使用される反射板によっては偏光方向が逆となる場合もある。更に、前記バンドパスフィルタ７２は所定波長帯の光を透過し、所定波長帯以外の光を遮断するので、該バンドパスフィルタ７２の透過波長帯以外の光線は反射されない。従って、レーザ光線８０ａが前記波長帯を越える場合は、反射部６８で反射されない。
【００７９】
前記反射部６８で反射されたレーザ光線８０ａは前記ペンタプリズム２５を経て本体部２に入射し、前記合焦光学系２７を経て前記孔明きミラー２６で反射された前記受光部７に受光される。
【００８０】
レーザ光線８０ａが前記λ／４複屈折部材８５を透過することで直線偏光のレーザ光線に変換される。透過後のレーザ光線８０ａの偏向方向は、前記λ／４複屈折部材７０、λ／４複屈折部材７１を透過して反射された場合と、前記反射板６９で直接反射された場合とでは９０°異なる。前記偏光ビームスプリッタ８６は前記第１レーザダイオード１１から発せられるレーザ光線の偏光方向と同じ偏光方向を有するレーザ光線を透過し、第１レーザダイオード１１から発せられるレーザ光線の偏光方向とは９０°異なるものは反射する様になっている。従って、前記反射板６９で直接反射されたレーザ光線８０ａが前記第１受光素子８８に入射し、前記λ／４複屈折部材７０、λ／４複屈折部材７１部分で反射されたレーザ光線８０ａは前記偏光ビームスプリッタ８６で更に反射され、前記第２受光素子９０に入射する。
【００８１】
而して、前記第１受光素子８８からの出力と前記第２受光素子９０からの出力とを比較することで、レーザ光線８０ａが前記反射部６８のどこを照射しているのかが判別できる。更に、ペンタプリズム２５によるレーザ光線８０ａの走査方向を図７中で上下方向とすれば、前記第１受光素子８８、前記第２受光素子９０からの受光信号出力時期と前記エンコーダ２３から角度検出結果及び前記偏向検出手段４８の検出結果を基にレーザ光線８０ａが前記反射部６８を照射した場合の照射方向を検出することができ、この検出結果を基に測距光を前記バンドパスフィルタ７２部分に正しく照射することができる。
【００８２】
該バンドパスフィルタ７２の波長帯と前記バンドパスフィルタ４３の波長帯とは一致しており、前記バンドパスフィルタ７２部分で反射された測距光８２は前記ペンタプリズム２５より入射し、前記孔明きミラー２６、ビームスプリッタ１０を経て前記孔明きプリズム３３で反射され、前記バンドパスフィルタ４３、濃度フィルタ４４、コンデンサレンズ４６を経て前記測距受光素子４７に入射する。該測距受光素子４７には前記レファレンス光８２ａも入射しており、両入射光についての受光信号が前記測距演算部３１に入力され、距離が演算される。又、レーザ光線８０ａの反射光が或は外乱光が前記測距光学系３０に入光したとしても、前記バンドパスフィルタ４３により遮断される。
【００８３】
前記本体部２側が前記測距光発光部３４、測距光受光部３５、測距演算部３１を有し、又前記対象反射体５１が前記発光素子６２、受光素子６３、制御基板６４を有することから前記本体部２と前記対象反射体５１との間で変調光による相互通信が可能となる。
【００８４】
以下、前記本体部２、対象反射体５１間での相互通信について説明する。
【００８５】
前記対象反射体５１の前記操作スイッチ６６の操作により、前記制御基板６４は前記発光素子６２、例えばＬＥＤを駆動し、該発光素子６２から規定の変調周波数に変調した光線を発する。該発光素子６２からの発振波長は前記レーザ光線８０ａに近い又は同等の値とする。
【００８６】
前記発光素子６２からの光線は前記レーザ光線８０の光軸をたどり、前記ペンタプリズム２５から前記孔明きミラー２６を経て前記受光部７で受光される。前記発光素子６２の発振波長は前記レーザ光線８０ａと同等としてあるので、前記測距光受光部３５に到達することなく、前記受光部７に到達する。従って、測距作動時に誤って、前記発光素子６２が発光されても、測距の誤作業を防止することができる。
【００８７】
又情報通信時、前記受光部７には前記対象反射体５１で反射されたレーザ光線８０ａと前記発光素子６２からの光線が入射する。レーザ光線８０ａが連続発光している場合は、前記発光素子６２からの光量がレーザ光線８０ａの光量よりも大きくなければ発光素子６２からの光線を認識することはできない。この為、図１２に示す様に、前記第１レーザダイオード１１については例えば、Ｄｕｔｙ５０％、１００Ｈｚに変調させた発光形態で前記第１レーザダイオード１１を発振させ、又前記発光素子６２については前記第１レーザダイオード１１の変調周波数より大きな変調周波数例えば、１ＫＨｚ、２ＫＨｚ…の変調周波数で発振させる。尚、反射面に前記したバンドパスフィルタ７２を貼設しておけば、レーザ光線８０ａは遮光されるのでレーザ光線８０ａと測距光の変調周波数を変える必要はない。
【００８８】
前記受光部７からの受光信号について、前記制御部９の受光信号検出回路（図示せず）で前記発光素子６２からの受光信号の検出時間を前記第１レーザダイオード１１の発振がＯＦＦとなっている時間に設定することで、前記発光素子６２からの受光信号をレーザ光線８０ａから分離識別することができる。
【００８９】
次に、前記発光素子６２の発振周波数を前記測距光８２と同等とした場合について説明する。
【００９０】
前記発光素子６２からの光線の変調周波数と、前記測距光８２の変調周波数ととに明らかな差を設け、更に前記回転レーザ装置１からの測距データの送信が完了しない状態では、前記対象反射体５１からのデータ送信が行われない様な安全装置を設けておけば、誤操作することなく、前記測距光受光部３５で前記発光素子６２からの光束を受光し、前記対象反射体５１からのデータを受信することが可能である。
【００９１】
前記対象反射体５１から前記回転レーザ装置１に送るデータとしては、測距モード、レーザ光線８０ａの回転走査モード、レーザ光線８０ａの停止モードでの傾斜基準線の角度設定等の指示がある。前記対象反射体５１から前記回転レーザ装置１側に指示を送れることから、作業者が対象反射体５１側で殆どの作業を行うことができ、作業効率が向上する。
【００９２】
而して、本第２の実施の形態では対象反射体５１を回転レーザ装置１が検出可能であると共に対象反射体５１に対するレーザ光線の照射位置を適正位置とし、更に回転レーザ装置１と対象反射体５１間で相互通信が可能となる。
【００９３】
図１３に於いて前記反射部６８の変更例を示す。
【００９４】
図１３に示す反射部６８ではＩ型形状の反射板６９の上フランジ形状部、下フランジ形状部を覆う前記λ／４複屈折部材７０、λ／４複屈折部材７１を形状を変更したものであり、上フランジ形状部、下フランジ形状部をそれぞれ対角線で２分割し、上側の３角形部分にλ／４複屈折部材７０、λ／４複屈折部材７１を貼設したものであり、残りの下側の３角形部分は前記反射板６９が露出する様にしたものである。本変更例に於いても、前記λ／４複屈折部材７０、λ／４複屈折部材７１が貼設された部分は偏光変換反射部を形成し反射するレーザ光線８０ａの偏光方向を９０°偏向し、反射板６９が露出する部分は偏光保存反射部を形成し、反射するレーザ光線偏光方向は保存される。
【００９５】
前記反射部６８を上記の如く構成すると、レーザ光線８０ａが前記反射部６８の上フランジ形状部、下フランジ形状部のどこの部分をどの方向から走査しても１走査線上で前記λ／４複屈折部材７０、λ／４複屈折部材７１からの反射と、前記反射板６９からの反射が交互に隣接して現れ、前記λ／４複屈折部材７０、λ／４複屈折部材７１からの反射光は前記第２受光素子９０が検出し、前記反射板６９からの反射光は前記第１受光素子８８が検出するので、前記制御部９に於いて両受光素子８８，９０の受光信号のパルス幅を比較することで、レーザ光線８０ａの走査位置が分り、更に両受光素子８８，９０の受光信号のパルス発生順序からレーザ光線８０ａの走査の正逆方向が検出され、両受光素子８８，９０の受光信号の加算パルス幅からから中心位置が検出される。
【００９６】
図１４は反射部６８を更に変更した例を示すものであり、上フランジ形状部、下フランジ形状部をそれぞれ対角線で２分割し、上フランジ形状部の上側の３角形部分に反射板６９、λ／４複屈折部材７０を重ねて貼設し、下フランジ形状部の下側の３角形部に反射板６９をのみを貼設したものである。上フランジ形状部、下フランジ形状部の残りの３角形部分は非反射部としたものである。
【００９７】
本変更例に於いても上フランジ形状部、下フランジ形状部をレーザ光線８０ａが走査した場合に、走査位置、走査方向により前記第１受光素子８８、第２受光素子９０が受光する状態が異なるので、前記第１受光素子８８、第２受光素子９０からの受光信号に基づき図１１で示したものと同様レーザ光線８０ａの走査位置、走査方向を検出することができる。
【００９８】
図１５は対象反射体５１の応用例を示している。
【００９９】
対象反射体５１の対向面の前記反射部６８以外の場所に、反射板とλ／４複屈折部材とを重合させた偏光変換部７４と反射板のみの偏光保存部７５とを配列することで複数の反射パターン７６、反射パターン７７を形成したものである。
【０１００】
前記反射パターン７６と反射パターン７７とで偏光変換部７４と偏光保存部７５の組合わせを変えることで、前記受光部７からの受光信号は異なったものとなる。例えば図１３に示す反射パターン７６では同形状の偏光変換部７４を３つ、偏光保存部７５を２つ交互に並べたものであり、レーザ光線８０ａを走査させた場合或は対象反射体５１をレーザ光線８０ａに対して移動させた場合、受光部７からの受光信号は図１６の（Ａ）となる。又、前記反射パターン７７では偏光変換部７４を３つ、偏光保存部７５を３つ交互に並べたものであり、同様にレーザ光線８０ａに対して前記反射パターン７７を相対移動させた場合の前記受光部７からの受光信号は図１６の（Ｂ）となる。
【０１０１】
前記制御部９にパターン認識の機能を加え、更にパターンに対応して所定の制御信号を発する様にすれば、前記対象反射体５１に特に送信機能を具備させることなく、回転レーザ装置１に対して指令を送ることができる。例えば、図１６の（Ａ）に示すパターンでは回転レーザ装置１を回転走査モードとし、図１６の（Ｂ）に示すパターンでは回転レーザ装置１を測距モードとする等である。
【０１０２】
前記偏光変換部７４と前記偏光保存部７５の組合わせによるパターンは種々可能であり、偏光変換部７４、偏光保存部７５の境界部に非反射部を形成することで偏光変換部７４と偏光変換部７４或は偏光保存部７５と偏光保存部７５を隣接して配設することができ、更にパターンが多様化する。従って、前記対象反射体５１から前記回転レーザ装置１に対する指令の種類を増加することが可能となる。
【０１０３】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、傾斜基準面を設定する為の特別な機構は必要がなく、本体部を倒伏状態にすることで任意角度の傾斜基準面、傾斜基準線を極めて容易に設定することができ、更に、測距作業も併せて行え、作業性が著しく向上すると共に測距光を利用して情報通信が可能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】本発明の実施の形態の要部を示す概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態の要部を示すブロック図である。
【図３】対象反射体の正面図である。
【図４】（Ａ）（Ｂ）は本発明の実施の形態の作動説明図である。
【図５】本発明の実施の形態の作動説明図である。
【図６】垂直方向の位置決めを示す作動説明図である。
【図７】本発明の他の実施の形態を示す概略構成図である。
【図８】本発明の他の実施の形態の要部を示すブロック図である。
【図９】本発明の実施の形態で使用される対象反射体の正面図である。
【図１０】該対象反射体の立断面図である。
【図１１】該対象反射体の背面図である。
【図１２】レーザ光線、測距光の変調状態、受光部の受光信号の状態を示す説明図である。
【図１３】本発明の実施の形態で使用される対象反射体の変更例を示す要部説明図である。
【図１４】本発明の実施の形態で使用される対象反射体の他の変更例を示す要部説明図である。
【図１５】本発明の実施の形態で使用される対象反射体の応用例を示す要部説明図である。
【図１６】（Ａ）（Ｂ）は該対象反射対からの受光信号のパターンを示す図である。
【符号の説明】
１ 回転レーザ装置
２ 本体部
３ 回動部
４ 測距部
５ 基準光発光部
６ 投光光学系
７ 受光部
８ 傾斜検出部
９ 制御部
１０ ビームスプリッタ
１１ 第１レーザダイオード
１３ λ／４複屈折部材
１６ イメージローテータ
１５ スキャン手段
１７ 孔明き傘歯車
２２ 走査モータ
２３ エンコーダ
２６ 孔明きミラー
３０ 測距光学系
３１ 測距演算部
３４ 測距光発光部
３５ 測距光受光部
３６ ＬＥＤ
４１ 光路切替えスリット
４３ バンドパスフィルタ
４７ 測距受光素子
５１ 対象反射体
６２ 発光素子
６３ 受光素子
６４ 制御基板
６５ 表示部
６８ 反射部
７２ バンドパスフィルタ
８０ レーザ光線
８２ 測距光
９１ Ｘ軸傾斜センサ
９２ Ｙ軸傾斜センサ
９３ Ｚ軸傾斜センサ
Claims (14)
- レーザ光源と、測距部と、前記レーザ光源からのレーザ光線と前記測距部からの測距光を基準面上に回転照射する回動部と、該回動部の照射方向を検出するエンコーダと、前記レーザ光源と前記回動部との間の光路上に設けられレーザ光線を偏向するスキャン手段と、前記スキャン手段と前記回動部との間の光路上に設けられ前記スキャン手段からのレーザ光線を回転させるイメージローテータと、レーザ基準面が所定の方向で所定の位置に形成される様に前記回動部を制御する制御手段とを具備し、前記イメージローテータが前記回動部の１回転に対し１／２回転となる様に連動されたことを特徴とする回転レーザ装置。
- 基準面上に位置する対象反射体により反射されたレーザ光線を受光する受光部を具備し、該受光部と前記エンコーダとの出力に基づいて前記対象反射体上に測距光を向けレーザ光線をスキャンさせる請求項１の回転レーザ装置。
- 前記回動部の回転軸を含む平面の水平を検知する傾斜センサを具備する請求項１の回転レーザ装置。
- 前記レーザ光源からのレーザ光線は可視光であり、前記測距部からの測距光は不可視光である請求項１の回転レーザ装置。
- 前記測距部の測定した距離に基づいて前記対象反射体の位置にレーザ光線を合焦させる様に、前記イメージローテータと前記回動部の間の光路上に合焦レンズを設けた請求項１の回転レーザ装置。
- 前記レーザ光源から発光されるレーザ光線は偏光レーザ光線であり、前記受光部にはそれぞれ異なる偏光方向を受光する第１検出部と第２検出部を有する請求項２の回転レーザ装置。
- 前記第１検出部と第２検出部は、偏光レーザ光線の偏光方向を保存した状態で反射する反射面と偏光方向を変換して反射する反射面とが少なくとも一つの反射パターンを構成する対象反射体からの前記反射パターンの受光に基づいて所定の処理を行う請求項６の回転レーザ装置。
- 前記測距部と前記エンコーダとにより、前記対象反射体の指示する第１の位置と第２の位置を測定し、その測定データに基づいて第１の位置から第２の位置迄の距離を算出する請求項２の回転レーザ装置。
- 第１の位置から第２の位置迄の距離を前記対象反射体の表示部に表示する為の情報信号を前記測距光に合成し発する請求項８の回転レーザ装置。
- 前記第１検出部と第２検出部との受光信号のパターンを認識し作動状態を制御する制御部を具備した請求項６の回転レーザ装置。
- 前記対象反射体は、バンドパスフィルタが設けられた反射部と該反射部を挟み設けられた基準レーザ光線反射部を有する請求項２の回転レーザ装置。
- 前記基準レーザ光線反射部はレーザ光線の偏光方向を保存して反射する偏光保存反射部とレーザ光線の偏光方向を変換して反射する偏光変換反射部とを有する請求項１１の回転レーザ装置。
- 前記対象反射体は、レーザ光線の偏光方向を保存して反射する偏光保存部とレーザ光線の偏光方向を変換して反射する偏光変換部とを所要の配列で設けて反射パターンが形成され、レーザ光線が反射パターンを走査した場合に、反射光により指令信号が形成される様にした請求項２の回転レーザ装置。
- 前記対象反射体には、パターンの異なる反射パターンが複数設けられ、各反射パターンからの反射光により異なる指令信号が形成される請求項１３の回転レーザ装置。
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