JP4526414B2 - レーザーラインユニットおよびレーザー墨出し器 - Google Patents

Description

本発明は、レーザー光線によってライン光を発生させるレーザーラインユニットおよびこれを用いたレーザー墨出し器に関するものであって、特に、レーザーラインユニットに用いられているロッドレンズ周りの調整機構に関するものである。

半導体レーザーから出射されるレーザー光は拡散光であり、これをコリメートレンズによってほぼ平行光束とすることができ、この平行光束を円柱状のロッドレンズに透過させることにより、一方向にのみ拡散させることができる。正確には、ロッドレンズの中心軸線に対し直交する方向にレーザー光を入射させることにより、上記中心軸線に対し直交する面内においてレーザー光を扇状に拡散させることができる。この拡散光を、建物などの壁面、天井面、床面などに向けて照射することにより、壁面、天井面、床面などにレーザー光によるラインを表示することができる。このようなライン光を発生させるユニットがレーザーラインユニットである。

上記レーザーラインユニットを振り子に装着し、この振り子をジンバル機構などによって鉛直方向の姿勢をとることができるようにしたものがレーザー墨出し器である。レーザー墨出し器の上記レーザーラインユニットを構成するロッドレンズが、中心軸線を鉛直方向に向けて配置されていれば、レーザー光を水平方向にのみ拡散して水平方向のレーザーライン光を照射することができる。上記ロッドレンズが、中心軸線を水平方向に向けて配置されていれば、レーザー光を鉛直方向にのみ拡散して鉛直方向のレーザーライン光を照射することができる。

レーザーラインユニットがレーザー墨出し器の振り子などに取り付けられる際に、上記振り子とレーザーラインユニットとの相対位置関係が所定の位置関係となるように取り付けられる。しかし、組立後の各種調整は必須である。特に、レーザーラインユニットのロッドレンズに関しては、その位置および姿勢によってレーザーライン光の傾きや湾曲の原因となるので、レーザーライン光の傾きや湾曲をなくすために、上記ロッドレンズを２軸方向に調整する必要がある。図４はこの２軸調整について概要を示している。

図４において、符号１はロッドレンズ、２はコリメートレンズ、３は光源としての半導体レーザー（レーザーダイオード）をそれぞれ示している。半導体レーザー３から放射されるレーザー光は発散光であり、この発散光はコリメートレンズ２によって平行光束とされる。この平行光束がロッドレンズ１にその中心軸線に対し直交する方向に入射されることにより、ロッドレンズ１の界面でレーザー光が屈折され、ロッドレンズ１の中心軸線に対し直交する方向に扇状に拡散される。図４（ａ）はレーザーラインの傾き調整の場合を示していて、ロッドレンズ１を、その中心軸線を含む面であって、このロッドレンズ１に入射するレーザー光の光軸に直交する面内において回転させながら調整するようになっている。図４（ｂ）はレーザーラインの湾曲調整の場合を示していて、ロッドレンズ１を、その中心軸線を含む面であり、かつ、このロッドレンズ１に入射するレーザー光の光軸を含む面内において回転させながら調整するようになっている。

図５は、上記２軸調整機構の従来例を具体的に示す。図５（ａ）において、光源としての半導体レーザー３は、光源ホルダー５の一端側に嵌め込まれている。光源ホルダー５の他端側にはコリメートレンズ２が嵌め込まれ、半導体レーザー３から放射されるレーザーの発散光を平行光束にして外方に向けて出射するように構成されている。光源ホルダー５の他端外側には、ロッドレンズ１を保持したレンズホルダー６が配置され、レンズホルダー６は調整ねじ８によって光源ホルダー５に取り付けられている。ただし、光源ホルダー５の他端面とレンズホルダー６との間には円柱状の軸７が介在し、光源ホルダー５の他端面とレンズホルダー６との間に隙間９が生じている。軸７はその一部が、光源ホルダー５の他端面側に形成された断面Ｖ字状の溝に落とし込まれることにより位置決めされている。上記調整ねじ８はロッドレンズ１の長さ方向両端外側においてレンズホルダー６を貫通し光源ホルダー５にねじ込まれている。このようにして、レンズホルダー６は両側から調整ねじ８で光源ホルダー５に向かって押し付けられ、レンズホルダー６の端面が上記軸７に当たることにより、上記のように、光源ホルダー５とレンズホルダー６との間に隙間９が生じた状態でレンズホルダー６が固定されている。

図５（ａ）に示すレーザーラインユニットにおいて、一対の調整ねじ８の一方を緩め、他方を締め付けることにより、レンズホルダー６を、軸７を支点として回転させることができ、これによってレーザーラインの湾曲を調整することができる。また、各調整ねじ８とこれらの調整ねじ８が貫通するレンズホルダー６の孔との間には空間的な余裕すなわち隙間があって、この隙間の範囲で、図６に示すようにレンズホルダー６を回転させることができる。この回転は、図４（ａ）について説明したように、ロッドレンズ１の中心軸線を含む面であって、このロッドレンズ１に入射するレーザー光の光軸に直交する面内での回転であるから、これによってレーザーラインの傾き調整を調整することができる。

図５（ｂ）に示すレーザーラインユニットも、図５（ａ）に示すレーザーラインユニットに似た構成になっているが、ロッドレンズを保持するレンズホルダーの形状および取り付け構造が異なる。すなわち、レンズホルダー１０は板状のものであって、板状のレンズホルダー１０の一端部が、光源ホルダー５の上端面片側に形成された突起部に載せられて調整ねじ８が締め付けられることにより、レンズホルダー１０が片持ち的にホルダー５に固定されている。したがって、光源ホルダー５とレンズホルダー１０との間には、上記突起部による片持ち的な固定部を除いて隙間１１が生じている。レンズホルダー１０を光源ホルダー５に片持ち的に固定する調整ねじ８と対をなす調整ねじ８Ａが、レンズホルダー１０の先端部に通され、この調整ねじ８Ａが光源ホルダー５にねじ込まれている。

図５（ｂ）に示すレーザーラインユニットの例において、レンズホルダー１０はその弾力により先端部がホルダー５から離間する向きに付勢され、レンズホルダー１０の先端部を貫通した調整ねじ８Ａが上記付勢力によるレンズホルダー１０の離間を規制している。したがって、調整ねじ８Ａを調整することにより、レンズホルダー１０は片持ち的な固定部を中心にして揺動し、レーザーラインの湾曲を調整することができる。この例でも、各調整ねじ８、８Ａとこれらの調整ねじ８、８Ａが貫通するレンズホルダー１１の孔との間には隙間があって、この隙間の範囲で、図６に示すようにレンズホルダー６を回転させることができる。この回転は、前述のとおり、ロッドレンズ１の中心軸線を含む面であり、かつ、ロッドレンズ１に入射するレーザー光の光軸に直交する面内での回転であるから、これによってレーザーラインの傾き調整を調整することができる。

以上説明した図５、図６に示す従来のレーザーラインユニットの例によれば、いずれも、レンズホルダーと光源ホルダー５との間に隙間が生じていて不安定であり、経時的な変化によってラインが傾くことがあり、信頼性に乏しい。また、レーザーラインの湾曲調整と傾き調整を独立に行うことが難しく、一方の調整を行うことにより他方の調整位置がずれるという難点もある。

そこで、半導体レーザーとコリメートレンズを保持する鏡筒と、半導体レーザーを扇状に拡散させるロッドレンズと、このロッドレンズを保持して上記鏡筒の前面に取り付けるレンズホルダーを備え、上記鏡筒のレンズホルダー取り付け面を、ロッドレンズの中心軸と平行な方向に曲がる部分円筒形の凸曲面とし、上記レンズホルダーの上記鏡筒との当接面を、上記凸曲面と同じ曲率の、ロッドレンズの中心軸方向に連続して曲がる部分円筒形の凹曲面としたレーザーラインユニットが知られている（例えば、特許文献１参照）。

図７は、上記特許文献１記載のレーザーラインユニットと実質的に同じ発想に基づくレーザーラインユニットの例を示す。図７において、符号１はロッドレンズ、２はコリメートレンズ、３は光源としての半導体レーザー、５は鏡筒に相当する光源ホルダー、８は調整ねじ、１２は上記ロッドレンズを保持するレンズホルダーをそれぞれ示している。この従来例が図５、図６に示す従来例と異なる点は、光源ホルダー５とレンズホルダー１２が密着していることである。光源ホルダー５とレンズホルダー１２の当接面１３は、ロッドレンズ１の中心軸方向に連続して曲がる部分円筒形になっていて、光源ホルダー５側が凸面、レンズホルダー１２側が凹面となっている。また、これら凸面と凹面の曲率は同じである。レンズホルダー１２は、ロッドレンズ１の両端外側において調整ねじ８の通し孔を有し、この通し孔に通された調整ねじ８が光源ホルダー５にねじ込まれることにより、レンズホルダー１２が光源ホルダー５に固定される。各調整ねじ８と上記通し孔との間には隙間があり、この隙間の範囲内で光源ホルダー５に対するレンズホルダー１２、したがってロッドレンズ１の相対位置を調整することができるようになっている。

このように構成された図７に示す例によれば、部分円筒面をなす光源ホルダー５とレンズホルダー１２の当接面１３に沿ってレンズホルダー１２を移動させることにより、ロッドレンズ１の中心軸線とロッドレンズ１に入射するレーザー光の光軸中心を含む平面内でロッドレンズ１の姿勢を調整することができる。この調整は、レーザーラインの湾曲調整である。この例では、レンズホルダー１２と光源ホルダー５との間に隙間がなく、経時的な変化や環境条件の変化などがあっても比較的安定しており、信頼性が高い。

しかし、図７に示す例によれば、レーザーラインの湾曲調整は容易であるが、レーザーラインユニット単体ではレーザーラインの傾き調整ができないという難点がある。したがって、レーザーラインの傾き調整は、例えばレーザーラインユニットをレーザー墨出し器に組み込む場合は、レーザーラインユニットをレーザー墨出し器の振り子に組み込んだ状態で、レーザーラインユニット全体を回転させて行わざるを得ない。かかる調整は極めて面倒であるとともに、レーザーラインユニット全体を回転さるためには、ユニットの外形が円筒形でなければならず、ユニットの取り付け形状ないしは取り付け構造が限定されてしまうという難点がある。

特開２００４−３０１７５５号公報

本発明は、以上説明した従来技術の問題点を解消するためになされたもので、ロッドレンズホルダーのみで２軸方向の調整を可能にすることにより、レーザーラインユニット自体の外形形状の自由度、およびレーザーラインユニットの機器への取り付け構造ないしは取り付け形状の自由度を広げることができるレーザーラインユニットおよびレーザー墨出し器を得ることを目的とする。
本発明はまた、ロッドレンズホルダーが光源ホルダーに安定に保持されて、調整位置が経時的に変動することがなく、信頼性の高いレーザーラインユニットおよびレーザー墨出し器を得ることを目的とする。

本発明は、光源として半導体レーザーを保持する光源ホルダーと、上記半導体レーザーから放射されるレーザー光を一方向にのみ拡散させるロッドレンズと、このロッドレンズを保持し上記光源ホルダーに当接して固定されるロッドレンズホルダーと、を有してなり、光源ホルダーとロッドレンズホルダーの当接面が球面となっていて、この球面に沿ってロッドレンズホルダーが移動可能となっており、このロッドレンズホルダーの移動により、レーザーラインの湾曲調整および傾き調整を可能にしたことを最も主要な特徴とする。

レーザーラインの湾曲調整および傾き調整はいずれも、光源ホルダーの受け面を構成する球面とロッドレンズホルダーの当接面を構成する球面とが密着した状態で、球面をガイドとして行われる。上記球面同士の密着状態は、調整後も保持されるため、調整後の経時的なロッドレンズの位置変動をなくすことができる。レーザーラインの湾曲調整と傾き調整すなわち２軸調整を行うこともできる。

以下、本発明に係るレーザーラインユニットおよびレーザー墨出し器の実施例について、図１乃至図３を参照しながら説明する。
図１ないし図３において、符号２５は光源ホルダーを示している。光源ホルダー２５は後部（図１において右上部）が円筒状になっていて、この円筒部に光源としての半導体レーザー２３が嵌め込まれている。光源ホルダー２５には上記円筒部の前側にコリメートレンズ２２を保持したレンズホルダー３４が嵌められている。半導体レーザー２３から放射される発散光はコリメートレンズ２２によって平行光束に変換される。光源ホルダー２５の前端部は角状に前方に突出した四つの突起３５を有してなるロッドレンズホルダー取り付け部となっている。図３に示すように、光源ホルダー２５を正面から見て、上記四つの突起３５のうち二つが右側にあって上下に間隔をおいて対向し、あとの二つの突起が左側にあって上下に間隔をおいて対向している。これら四つの突起３５で囲まれている光源ホルダー２５の前端面が上記ロッドレンズホルダー２６の受け面３１となっている。この受け面３１は凹形の球面となっている。光源ホルダー２５には、中心軸線に沿って孔が形成され、半導体レーザー２３から放射されたレーザー光を外部に向けて出射するのに妨げとならないように、筒状に形成されている。

上記受け面３１にはロッドレンズホルダー２６が嵌められ、２個一対の止めねじ２８でロッドレンズホルダー２６が光源ホルダー２５に固定されるようになっている。光源ホルダー２５は、正面側から見てほぼ長方形状になっていて、長さ方向両端部に止めねじ挿入孔が形成されている。この止めねじ挿入孔に光源ホルダー２５の前側から止めねじ２８が挿入され、この止めねじ２８が光源ホルダー２５にねじ込まれて締め付けられることにより、光源ホルダー２５が光源ホルダー２５に固定されている。ロッドレンズホルダー２６の後端面３２は光源ホルダー２５との当接面となっている。このロッドレンズホルダー２６の後端面３２は、光源ホルダー２５の上記受け面３１とロッドレンズホルダー２６の後端面３２と同じ曲率の凸の球面になっている。したがって、光源ホルダー２５の上記受け面３１とロッドレンズホルダー２６の後端面３２が球面に沿って密着することができる。ロッドレンズホルダー２６にはその長さ方向に沿って窓状の孔が形成されていて、この孔にロッドレンズ２１が嵌め込まれて保持されている。上記凹の球面および凸の球面の中心は、ロッドレンズ２１の長さ方向中心であってロッドレンズ２１の中心軸線上にあるのが望ましい。

ロッドレンズホルダー２６の上記長さ方向両端部の止めねじ挿入孔と、この止めねじ挿入孔を貫通している止めねじ２８との間には隙間があって、この隙間の範囲内でロッドレンズホルダー２６を光源ホルダー２５に対して移動させることができるようになっている。また、ロッドレンズホルダー２６を光源ホルダー２５に取り付けた状態で、ロッドレンズホルダー２６は光源ホルダー２５の上記四つの突起３５で挟み込まれている。また、ロッドレンズホルダー２６と四つの突起３５の間にも隙間があり、この隙間の範囲でロッドレンズホルダー２６の姿勢を変えることができるようになっている。

上記四つの突起３５にはこれらの突起３５を上下方向に貫通したねじ孔が形成され、各ねじ孔にはロッドレンズ調整ねじ３３がねじ込まれている。ただし、光源ホルダー２５を正面側から見て上側の突起３５には上側からロッドレンズ調整ねじ３３がねじ込まれ、下側の突起３５には下側からロッドレンズ調整ねじ３３がねじ込まれている。上側の二つのロッドレンズ調整ねじ３３の先端は、ロッドレンズホルダー２６の長さ方向両端部上面に当接し、下側の二つのロッドレンズ調整ねじ３３の先端は、ロッドレンズホルダー２６の長さ方向両端部下面に当接している。
半導体レーザー２３はその後端面が回路基板３６に固定され、半導体レーザー２３の後端から突出している電極ピンは回路基板３６を貫通し、回路基板３６に形成された所定の回路パターンに電気的に接続されている。

以上説明した実施例によれば、レーザーライン光の湾曲調整と傾き調整を容易に行うことができる。その調整手順を以下に説明する。レーザーライン光の湾曲調整と傾き調整のいずれにせよ、ロッドレンズホルダー２６を移動させることができる程度に、かつ、光源ホルダー２５の受け面３１とロッドレンズホルダー２６の後端面３２が球面に沿った密着状態を保つ程度に、一対の止めねじ２８を緩めておく。レーザーライン光の湾曲調整を行う場合は、ロッドレンズホルダー２６を、図２において紙面に平行な面内で上記球面に沿って移動させる。ロッドレンズホルダー２６とともにロッドレンズ２１がその中心軸線およびこのロッドレンズ２１に入射するレーザー光の光軸を含む平面内において円弧を描きながら、また、レーザー光の入射光軸に対するロッドレンズ２１の中心軸線のなす角度が変化しながら移動し、レーザーライン光の湾曲調整を行うことができる。

レーザーライン光の傾き調整を行う場合は、図３に示すように、四つのロッドレンズ調整ねじ３３によって行う。すなわち、光源ホルダー２５を正面から見て対角位置にある一対のロッドレンズ調整ねじ３３を緩め、対角位置にある他の一対のロッドレンズ調整ねじ３３を締め込むことにより、ロッドレンズホルダー２６をロッドレンズ２１とともに、レーザー光の入射光軸を中心に回転させ、ロッドレンズ２１の傾きを調整することができ、これによってレーザーライン光の傾き調整を行うことができる。この調整の場合も、ロッドレンズホルダー２６は上記球面に沿って姿勢が変化する。これらの調整後は、一対の止めねじ２８を締め付けてロッドレンズホルダー２６を光源ホルダー２５に固定する。

以上の調整はいずれも、光源ホルダー２５の受け面３１を構成する球面とロッドレンズホルダー２６の後端面３２を構成する球面とが密着した状態で、かつ、光源ホルダー２５側の球面をガイドとして行われる。そして、上記球面同士の密着状態は、調整後に止めねじ２８で固定した後も保持され、調整中の状態と変わりがないので、止めねじ２８でロッドレンズホルダー２６を固定することによるロッドレンズ２１の位置ずれを少なくすることができる。また、光源ホルダー２５とロッドレンズホルダー２６が球面によって密着しているため、調整後の経時的なロッドレンズ２１の位置変動をなくすこともできる。

光源ホルダー２５側の球面およびこの球面に密着するロッドレンズホルダー２６側の球面の中心が、ロッドレンズ２１の長さ方向中心であってロッドレンズ２１の中心軸線上に位置するように設定すれば、レーザーライン光の湾曲調整時にロッドレンズ２１が傾くことがなく、またレーザーライン光の傾き調整時にロッドレンズ２１がその中心軸線およびこのロッドレンズ２１に入射するレーザー光の光軸を含む平面内において円弧を描きながら移動することもない。したがって、レーザーライン光の湾曲調整と傾き調整を独立に行うことができ、調整が容易になる利点もある。

以上説明した本発明の実施例に係るレーザーラインユニットは、これをレーザー墨出し器に適用することができる。すなわち、レーザー墨出し器は、ジンバル機構などによってレーザーラインユニットを保持している振り子を吊り下げ、振り子が常に鉛直方向の姿勢を保つことにより、上記レーザーラインユニットから出射される扇形のレーザーライン光が、建物などの壁面、天井面、床面などに水平ライン光、あるいは垂直ライン光となって照射されるものである。前記実施例に係るレーザーラインユニットは、そのユニット内でレーザーライン光の湾曲調整および傾き調整が可能であることから、レーザーラインユニット全体を回転させることができるような形状ないしは構造にする必要がなく、設計上の自由度が高まる利点がある。

なお、光源ホルダー２５側の球面およびこの球面に密着するロッドレンズホルダー２６側の球面は、いずれか一方が凸形で他方が凹形であればよい。したがって、図示の実施例とは逆に、光源ホルダー２５側の球面が凹面で、ロッドレンズホルダー２６側の球面が凸面であってもよい。

本発明に係るレーザーラインユニットは、レーザーラインを照射するあらゆる機器に適用可能である。本発明に係るレーザーラインユニットを適用することができる機器としてレーザー墨出し器がある。

本発明に係るレーザーラインユニットの実施例を示す分解斜視図である。 上記実施例の平面断面図である。 上記実施例の正面図である。 一般的なレーザーラインユニットの光学配置例とレーザーラインの調整を説明するもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図である。 従来のレーザーラインユニットの２例を示す平面断面図である。 上記従来のレーザーラインユニットの正面図である。 従来のレーザーラインユニットのさらに別の例を示す平面断面図である。

符号の説明

２１ ロッドレンズ
２２ コリメートレンズ
２３ 光源としての半導体レーザー
２５ 光源ホルダー
２６ ロッドレンズホルダー
２８ 止めねじ
３１ ロッドレンズホルダー受け面
３２ ロッドレンズホルダーの後端面
３３ 調整ねじ
３５ 突起

Claims (8)

1. 光源として半導体レーザーを保持する光源ホルダーと、
   上記半導体レーザーから放射されるレーザー光を一方向にのみ拡散させるロッドレンズと、
   上記ロッドレンズを保持し上記光源ホルダーに当接して固定されるロッドレンズホルダーと、を有してなり、
   上記光源ホルダーとロッドレンズホルダーの当接面が球面となっていて、この球面に沿ってロッドレンズホルダーが移動可能となっており、このロッドレンズホルダーの移動により、レーザーラインの湾曲調整および傾き調整を可能にしたことを特徴とするレーザーラインユニット。
2. ロッドレンズホルダーは、その球面でなる当接面が光源ホルダーの球面でなる受け面に当接した状態で止めねじによって光源ホルダーに固定されている請求項１記載のレーザーラインユニット。
3. 止めねじとこの止めねじが挿入されるロッドレンズホルダーの孔との間には隙間があり、この隙間の範囲内でロッドレンズホルダーが移動可能であり、このロッドレンズホルダーが移動可能な範囲内でレーザーラインの湾曲調整および傾き調整が可能である請求項２記載のレーザーラインユニット。
4. 光源ホルダーはロッドレンズホルダーの固定側に複数の突起を有し、これらの突起には調整ねじがねじ込まれ、各調整ねじの先端がロッドレンズホルダーに当接していて、各調整ねじの調整よってロッドレンズホルダーの傾きを調整しレーザーラインの傾きを調整可能とした請求項１記載のレーザーラインユニット。
5. 突起は四つ設けられていて、これらの突起でロッドレンズホルダーが挟まれるとともに各突起とロッドレンズホルダーとの間には隙間があり、各突起にねじ込まれた調整ねじによってロッドレンズホルダーの傾きを調整可能にした請求項４記載のレーザーラインユニット。
6. ロッドレンズホルダーの受け面を構成する球面と、この球面に当接するロッドレンズホルダーの当接面を構成する球面は同じ曲率である請求項１記載のレーザーラインユニット。
7. ロッドレンズホルダーの受け面を構成する球面と、この球面に当接するロッドレンズホルダーの当接面を構成する球面は、その中心が、ロッドレンズの長さ方向中心であってロッドレンズの中心軸線上に位置するように設定されている請求項６記載のレーザーラインユニット。
8. 鉛直方向の姿勢を保つように保持された振り子にレーザーラインユニットが保持されてなるレーザー墨出し器であって、上記レーザーラインユニットとして請求項１から７のいずれかに記載のレーザーラインユニットが用いられていることを特徴とするレーザー墨出し器。
   

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