JPH10213434A - 基準光発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 設置姿勢を変えるだけでレーザビームを垂直
あるいは水平方向に出射可能で、温度変化による傾き精
度の低下を防止した基準光発生装置を提供する。 【解決手段】 多角形の透明容器５に自由液面６Ａを有
するように封入したシリコンオイルが、基準光発生装置
の傾きによらず水平面を保つことにより得られるプリズ
ム効果と、透明容器５の外に配したアナモルフィックプ
リズム７の角度変化作用、およびルーフミラー９の反転
反射作用などによって、レーザダイオード１から出射さ
れたビームの傾きを補正し、装置の設置姿勢に応じた基
準方向にビームを導く。このとき、一度シリコンオイル
６を透過したビームを、再度このシリコンオイル６を透
過するように導くことによりシリコンオイル６の屈折率
に依存しない傾き補正が達成される。装置の設置姿勢を
変えるのにともない、シリコンオイル６の新たな自由液
面が形成され、装置の設置姿勢に応じた光路が形成され
て設置姿勢に対応した水平光あるいは垂直光を発するこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主に建設産業で使
用される水平、鉛直両用の基準光発生装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術に係る基準光発生装置として
は、例えば特開平６−１４７８９０号公報あるいは特開
平６−１４７８９１号公報に開示されているものがあ
る。ここで図８を参照し、従来の技術に係る基準光発生
装置について説明する。

【０００３】図８において、基準光発生装置はレーザダ
イオード５１、コリメートレンズ５２、自由液面６０Ａ
を有する状態で透明のシリコンオイル６０を封入した容
器５３、アナモルフィックプリズム５５、ミラー５６、
ビームエキスパンダ５７などから構成されており、レー
ザダイオード５１から出射されたレーザビームが容器５
３の中のシリコンオイルに入射し、そしてシリコンオイ
ルの自由液面６０Ａで反射されて容器５３の外に出射
し、ミラー５６で上方に導かれるようになっている。こ
のときレーザビームは、シリコンオイル６０、アナモル
フィックプリズム５５およびビームエキスパンダ５７に
よって、基準光発生装置の傾きによらず、常に鉛直上方
に導かれる。

【０００４】図８に示す基準光発生装置において、容器
５３にはレーザダイオード５１より出射されたレーザビ
ームを容器５３の中に入射することができるように入射
面５３Ａが、そして自由液面６０Ａで反射されたレーザ
ビームを容器５３の外に出射することができるように出
射面５３Ｂが設けられている。これら入射面５３Ａおよ
び５３Ｂはいずれも平行平面板で構成されており、入射
面５３Ａは、その法線がＹ軸に対して反時計方向に４５
度傾斜するように、そして出射面５３Ｂは、その法線が
Ｙ軸に対して時計方向に４５度傾斜するように、それぞ
れ設けられている。

【０００５】容器５３の外には、入射面５３Ａの法線に
光軸を一致させるようにしてレーザダイオード５１およ
びコリメータレンズ５２が配設されている。そしてレー
ザダイオード５１の発光部とコリメータレンズ５２の焦
点とが一致するように配設されており、これによりコリ
メータレンズ５２を透過したレーザビームは平行光とな
る。

【０００６】一方、出射面５３Ｂの法線方向には２枚の
楔型プリズム５５Ａおよび５５Ｂで構成されるアナモル
フィックプリズム５５とミラー５６とが配設されてい
る。さらにミラー５６の上方には２枚のレンズ５７Ａお
よび５７Ｂで構成されるビームエキスパンダ５７が配設
されている。

【０００７】上記の基準光発生装置は、測量機（たとえ
ばレーザ投光測量機）などの本体内に固設される。

【０００８】次にこの自動傾き装置における傾き補正の
動作原理を説明する。図８において紙面垂直の方向にＸ
軸がとられているが、装置全体がこのＸ軸に平行な回転
軸に沿って時計方向に角度θ１傾いたとすると、透明容
器５４に封入された屈折率ｎのシリコンオイルの自由液
面６０Ａは重力の作用により水平を保つ。従って自由液
面６０Ａは基準光発生装置との相対関係において半時計
方向にθ１傾くことになる。なお、図８では便宜上自由
液面をθ１傾けた状態を破線で示し、装置は傾斜してい
ない状態で示している。また、装置が傾く前のレーザビ
ームの光路Ｌ１、Ｌ２およびＬ３を実線で、そして装置
がθ１傾いたときの光路を破線で示している。また、図
示はしていないが、この図８の装置はＹ軸まわりにもθ
１傾斜しているものとして説明をする。

【０００９】レーザダイオード５１より出射され、コリ
メートレンズ５２を経たレーザビームは光路Ｌ１に沿っ
て直進し、θ１傾斜した自由液面６０Ａで全反射されて
光透過面５３Ｂを経て透明容器５３の外に出射する。こ
のとき、容器５３内のシリコンオイルのプリズム効果に
より、光路Ｌ２に対して角度変化が与えられる。このと
き、Ｘ軸まわりの傾斜成分により与えられる偏角をθ２
ｘとすると以下のようになる。

【数１】θ２ｘ＝２ｎθ１ … 式（１）

【００１０】一方、基準光発生装置がＹ軸まわりの傾斜
成分により与えられる偏角θ２ｙは、θ１＝０のときの
自由液面６０Ａに対するレーザビームの入射角をδとし
たとき、近似的に、

【数２】 θ２ｙ＝２・ＳＩＮ（９０−δ）・ｎθ１ … 式（２） で与えられることが知られている。図８においてはδ＝
４５度であり、式（２）は以下のようになる。

【数３】 θ２ｙ＝１．４１４２・ｎθ１ … 式（３） つまり、上述のように、自由液面６０ＡがＸ軸まわりに
傾いた場合とＹ軸まわりに傾いた場合とで、基準光発生
装置の傾斜にともなう自由液面６０Ａの傾斜角度θ１に
対してレーザビームに与えられる偏角の割合、すなわち
反射角感度に差を生ずる。

【００１１】この基準光発生装置がどの方向に傾斜して
も一定の補正効果を得るためには、上述の偏角の割合の
差を補正して偏角のＸ成分とＹ成分とが等しくなるよう
にする必要がある。そのために配設されているのがアナ
モルフィックプリズム５５で、Ｘ成分にだけ角度変化倍
率ｍ＝１／１．４１４２＝０．７０７１がかかるように
してある。したがって、アナモルフィックプリズム５５
を透過したレーザビームは光路Ｌ２に対して以下の偏角
が与えられる。

【数４】 θ３ｘ＝θ２ｘ／１．４１４２＝１．４１４２ｎθ１ … 式（４） θ３ｙ＝θ２ｙ＝１．４１４２ｎθ１ … 式（５） すなわち、Ｘ成分とＹ成分とを等しくすることによっ
て、基準光発生装置の傾斜方向によらず反射角度感度が
等しいレーザビームとなってミラー５６に入射する。

【００１２】ミラー５６で反射されたレーザビームは、
ビームエキスパンダ５７に入射し、ここで再び、角度θ
４偏角が与えられて鉛直上方に出射する。ここでビーム
エキスパンダ５７の作用について説明すると、入射凸レ
ンズ５７Ａの焦点距離ｆ１と出射凸レンズ５７Ｂの焦点
距離ｆ２との関係は、

【数５】 ｆ２：ｆ３＝１：１．４１４２ｎ … 式（６） となっている。したがって出射されるレーザビームに与
えられる偏角θ４は、

【数６】 θ４ｘ＝θ３ｘ・ｆ２／ｆ３＝１．４１４２ｎθ１・ｆ２／ｆ３ ＝１．４１４２ｎθ１／１．４１４２＝θ１ … 式（７） θ４ｙ＝θ３ｙ・ｆ２／ｆ３＝１．４１４２ｎθ１・ｆ２／ｆ３ ＝１．４１４２ｎθ１／１．４１４２＝θ１ … 式（８） となり、偏角θ４ｘ、θ４ｙは基準光発生装置の傾きθ
１と等しくなる。このとき図８に示すように、レーザビ
ームはビームエキスパンダ５７によって基準光発生装置
の傾きを補正する方向に出射方向が反転されるので、傾
き補正が成り立つ。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の基準光
発生装置を内蔵したレーザ投光測量機においては、シリ
コンオイル６０の屈折率ｎが温度変化等によって変化し
たときでも上記式（５）における入射凸レンズ５７Ａの
焦点距離ｆ２と出射凸レンズ５７Ｂの焦点距離ｆ３との
比ｆ２／ｆ３＝１／１．４１４２ｎは一定のままであ
る。これによって、ビームエキスパンダ５７から出射す
るレーザビームの向きに誤差を生じてしまい、傾き補正
精度が低下するという問題点があった。

【００１４】又、上述の基準光発生装置で鉛直面の測設
作業と水平面の測設作業とを行うには、鉛直面及び水平
面それぞれの平面を形成するようにレーザ光を投射する
ために、それぞれ専用のレーザ投光装置を用意しなけれ
ばならないという問題点があった。

【００１５】本発明の目的は、温度変化による傾き補正
精度の低下を防止することができ、装置を設置する際の
姿勢を変えるだけでレーザビームの走査面を鉛直あるい
は水平に切り換えることのできる基準光発生装置を提供
することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】

（１） 一実施の形態を示す図１および図２に対応づけ
て説明すると、請求項１に記載の発明は、図１に示す水
平姿勢と、図２に示す垂直姿勢とで用いられる基準光発
生装置に適用される。そして、光源１と；自由液面を有
する液体６を封入した容器５と；光源１から出射された
光を第１の光路の光と第２の光路の光とに分割する光分
割手段３、４と；水平姿勢では第１の光路の光を、垂直
姿勢では第２の光路の光を、それぞれ自由液面で全反射
するように導くとともに、全反射されて容器外に出射し
た各光路の光を、液体６に再入射して透過するように導
く水平姿勢用反転反射手段８、９および垂直姿勢用反転
反射手段１１、１２と；容器内の液体６に入射し、自由
液面６Ａで反射して容器外に出射した光の入射角度に対
する出射角度の比をあらゆる入射方位に対して一定の所
定値に保つため、水平姿勢用反転反射手段８、９により
形成される光路中に配設された第１の角度変更光学手段
７と；容器内の液体６に入射し、自由液面６Ｂで反射し
て容器外に出射した光の入射角度に対する出射角度の比
を少なくとも一つの入射方位に対して所定値にするた
め、垂直姿勢用反転反射手段１１、１２により形成され
る光路中に配設された第２の角度変更手段１０と；水平
姿勢用反転反射手段８、９によって導かれ、自由液面６
Ａから出射した光と、垂直姿勢用反転反射手段１１、１
２によって導かれて自由液面６Ｂから出射し、第１の光
路誘導手段１３、１４によって導かれた光とを同じ出射
光路に導く第２の光路誘導手段３０とを備え；図１に示
す水平姿勢では水平姿勢用反転反射手段８、９により導
かれた光を基準光として出射する一方、図２に示す垂直
姿勢では垂直姿勢用反転反射手段１１、１２により導か
れた光を基準光として出射することにより上述の目的を
達成する。 （２） 一実施の形態を示す図３および図４に対応づけ
て説明すると、請求項２に記載の発明は、図３に示す水
平姿勢と、図４に示す垂直姿勢とで用いられる基準光発
生装置に適用される。そして、光源１と、自由液面を有
する液体６を封入した容器３５と；光源１から容器内の
液体６に向けて入射し、続いて自由液面で全反射されて
容器外に出射した光を、水平姿勢では第１の経路に沿っ
て、垂直姿勢では第２の経路に沿って、それぞれ液体６
に再入射し、透過するように導く水平姿勢用反転反射手
段８、９および垂直姿勢用反転反射手段１１、１２と；
容器内の液体６に入射し、自由液面６Ａで反射して容器
外に出射した光の、入射角度の変化に対応する出射角度
の比をあらゆる入射方位に対して一定の所定値に保つた
めに、水平姿勢用反転反射手段８、９により形成される
光路中に配設された第１の角度変更手段７、１６と；容
器内の液体６に入射し、自由液面６Ｂで反射して容器外
に出射した光の入射角度に対応する出射角度の比を少な
くとも一つの入射方位に対して所定値に保つため、垂直
姿勢用反転反射手段１１、１２により形成される光路中
に配設された第２の角度変更手段１０と；水平姿勢用反
転反射手段８、９によって導かれ、自由液面６Ａから出
射した光と、垂直姿勢用反転反射手段１１、１２によっ
て導かれて自由液面６Ｂから出射し、第１の光路誘導手
段１３、１４によって導かれた光とを同じ出射光路に導
くための第２の光路誘導手段１５とを備え；図３に示す
水平姿勢では水平姿勢用反転反射手段８、９により導か
れた光を基準光として出射する一方、図４に示す垂直姿
勢では垂直姿勢用反転反射手段１１、１２により導かれ
た光を基準光として出射することにより上述の課題を達
成する。 （３） 一実施の形態を説明する図６および図７に対応
づけて説明をすると、請求項３に記載の発明は、図６に
示す水平姿勢と、図７に示す垂直姿勢とで用いられる基
準光発生装置に適用される。そして、光源１と、自由液
面を有する液体６を封入した容器４５と；光源１から出
射された光を第１の光路の光と第２の光路の光とに分割
する光分割手段３と；水平姿勢では第１の光路の光を、
垂直姿勢では第２の光路の光を、それぞれ液体６に入射
し、透過するように導き、そして液体６を透過した光を
再度液体６に入射させ、自由液面で全反射して容器外に
出射するように導く水平姿勢用反転反射手段８、９およ
び垂直姿勢用反転反射手段１１、１２と；水平姿勢用反
転反射手段８、９により形成される光路中に配設された
第１の角度変更手段２１と；垂直姿勢用反転反射手段１
１、１２により形成される光路中に配設された第２の角
度変更手段２２と；水平姿勢用反転反射手８、９段によ
って導かれ、容器外に出射した光と、垂直姿勢用反転反
射手段１１、１２によって導かれ、容器外に出射した光
とを同じ出射光路に導くための光路誘導手段２３、２４
と；光路誘導手段２３、２４により導かれる出射光路中
に配設された第３の角度変更手段２５とを有し；図６に
示す水平姿勢では、水平姿勢用反転反射手段８、９によ
り導かれた光を基準光として出射するとともに、容器内
の液体６に入射し、自由液面６Ａで反射して容器外に出
射した光の入射角度の変化に対する出射角度の比を、第
１の角度変更手段８、９と第３の角度変更手段２５とに
よってあらゆる入射方位に対して一定の所定値に保つ一
方、図７に示す垂直姿勢では、垂直姿勢用反転反射手段
１１、１２により導かれた光を出射するとともに、容器
内の液体６に入射し、自由液面６Ｂで反射して容器外に
出射した光の入射角度の変化に対応する出射角度の比
を、第２の角度変更手段２２と第３の角度変更手段２５
とによって少なくとも一つの入射方位に対して所定値に
保つことにより上述の目的を達成する。 （４） 一実施の形態を示す図１に対応づけて説明する
と、請求項４に記載の発明は、第２の光路誘導手段１５
により導かれて出射光路上を進む光を、水平姿勢に応じ
た水平平面上あるいは垂直姿勢に応じた垂直平面上に沿
う全方向に投光する投光光学系３０をさらに有するもの
である。 （５） 一実施の形態を示す図６に対応づけて説明する
と、請求項５に記載の発明は、光路誘導手段２３、２４
により同じ光路上に導かれた光を、水平姿勢に応じた水
平平面上あるいは垂直姿勢に応じた垂直平面上に沿う全
方向に投光する投光光学系３０をさらに有するものであ
る。

【００１７】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段の項では、本発明を分かりやすくす
るために発明の実施の形態の図を用いたが、これにより
本発明が実施の形態に限定されるものではない。

【００１８】

【発明の実施の形態】

−第１の実施の形態− 図１および図２を参照し、本発明の第１の実施の形態に
係る基準光発生装置について説明する。図１は本発明の
第１の実施の形態に係る基準光発生装置を水平出し用と
して用いる例について示したものである。そして図２
は、図１に示す基準光発生装置を鉛直出し用として用い
る例について示したものであり、図１に示した基準光発
生装置を図１の紙面に直交するＸ軸に平行な回転軸に沿
って反時計方向に９０度回転させたものである。なお、
他の図においても紙面に垂直な方向にＸ軸をとって図示
している。

【００１９】図１を参照して本発明の第１の実施の形態
に係る基準光発生装置の構成を説明する。図１におい
て、透明な平行平面からなる入射面５Ａ、５Ｂおよび５
Ｃと出射面５Ｄおよび５Ｅとを有する多角体の透明容器
５の中には所定の屈折率ｎを有するシリコンオイル６が
自由液面６Ａを有する状態で封入されている。

【００２０】透明容器５を構成する入射面５Ａ、５Ｂお
よび５Ｃと出射面５Ｄの角度関係について説明する。入
射面５ＡはＺ軸に対して反時計方向に３０度傾斜して、
入射面５ＢはＹ軸に平行に、入射面５ＣはＺ軸に平行に
配設されている。一方、出射面５ＤはＺ軸に対して時計
方向に３０度傾斜して、出射面５ＦはＺ軸に対して時計
方向に４５度傾斜して、それぞれ設けられている。な
お、５Ｇは遮光面であり、５Ｅは出射面である。この出
射面５Ｅの角度関係については後で説明する。

【００２１】透明容器５の左下位置にはレーザダイオー
ド１が、Ｚ軸に対して反時計方向に３０度傾斜した方向
に向けてレーザビームを出射するように配置されてい
る。そのレーザビームの出射方向の延長上にコリメート
レンズ２が配設され、レーザダイオード１の光源位置と
コリメートレンズ２の焦点位置とを合致させるように設
けられている。コリメートレンズ２の後方には、ハーフ
ミラー３が配設され、これにより光路Ｌに沿うレーザビ
ームの一部は光路Ｌに対して１０５度の角度をなす光路
Ｌ１に沿うようにハーフミラー３の角度が設定されい
る。このハーフミラー３の後方にはさらにミラー４が配
設され、ハーフミラー３を透過したレーザビームは光路
Ｌに対して９０度の角度をなす光路Ｌ２に沿うようにミ
ラー４の角度が設定されている。

【００２２】透明容器５の右下側、出射面５Ｄの法線方
向には、楔形プリズム７Ａおよび７Ｂで構成され、０．
５倍の角度変化をもたらすアナモルフィックプリズム７
が設けられ、その後方にはミラー８が設けられる。ミラ
ー８の左方にはさらに、ルーフプリズム９が設けられて
いる。

【００２３】透明容器５の左上側、出射面５Ｆの法線方
向には、楔形プリズム１０Ａおよび１０Ｂで構成した、
０．５倍の角度変化をもたらすアナモルフィックプリズ
ム１０とミラー１１が設けられ、このミラー１１の下方
にはミラー１２が設けられている。

【００２４】透明容器５の右側にはペンタプリズム１３
が設けられ、その上方にはミラー１４が設けられてい
る。そして、透明容器５の上方にはハーフミラー１５
が、さらにその上方にはＺ軸を回転軸として回転するペ
ンタプリズム３０が配設されている。本発明の第１の実
施の形態に係る基準光発生装置は、以上に説明したよう
に構成される。

【００２５】この基準光発生装置が水平出し用として用
いられる際の動作について図１を参照して説明する。基
準光発生装置全体がθ１傾いたとき、透明容器５に封入
されたシリコンオイルの自由液面６Ａは重力の作用によ
り水平を保つ。したがって基準光発生装置との相対関係
において、自由液面はθ１傾くことになる。

【００２６】なお、この図１においては便宜上、従来の
技術に係る基準光発生装置を示す図８と同様に基準光発
生装置は傾斜していない状態で図示し、自由液面６Ａを
反時計方向に角度θ１傾斜させた状態を破線で示してい
る。したがって、実際は自由液面の法線方向が鉛直方向
と一致していることになる。また、レーザダイオード１
から出射されたレーザビームの光路については、基準光
発生装置が傾斜していない状態のときの光路を一点鎖線
で、自由液面がθ１傾斜したときの光路を破線で示す。
この図示方法については他の図においても同様であり、
以降の説明は省略する。

【００２７】レーザダイオード１より出射し、コリメー
トレンズ２によって平行な光とされたレーザビームは、
ハーフミラー３によって透過光と反射光とに分割され
る。そしてこのハーフミラー３で反射されたレーザビー
ムは、光路Ｌ１に沿って透明容器５に入射し、シリコン
オイル６の中を透過した後、自由液面６Ａで反射され、
基準光発生装置よりレーザビームを出射するための所定
光路から外れて光路Ｌ１１に沿って進む。この光路Ｌ１
１に沿って進むレーザビームは、装置を覆う不図示のカ
バーによって光路を断たれるので、基準光発生装置が水
平出し用として用いられるときには、ハーフミラー３で
反射された不要なレーザビームが水平基準光とともに装
置より出射されることはない。

【００２８】ハーフミラー３を透過し、ミラー４で反射
されたレーザビームは光路Ｌ２に沿って進み、入射面５
Ａに対して垂直に入射する。続いてこのレーザビームは
シリコンオイル６中を直進して自由液面６Ａに入射し、
そして全反射される。このときのレーザビームの入射角
および反射角は、基準光発生装置の傾斜が０度のとき、
６０度となるように構成されている。

【００２９】自由液面６Ａで全反射されたレーザビーム
は出射面５Ｄを経て出射される。このときのレーザビー
ムは、基準光発生装置の傾きが０度のとき、Ｘ軸に対し
て時計方向に３０度傾いた光路Ｌ３に沿って進む。

【００３０】基準光発生装置が角度θ１傾斜した場合
に、レーザビームに与えられる偏角について説明する。
なお、基準光発生装置が図のＸ軸まわり傾斜していた場
合にレーザビームに与えられる偏角には添え字ｘを付
し、一方Ｙ軸まわりに傾斜していた場合にレーザビーム
に与えられる偏角には添え字ｙを付して説明するのは従
来の技術に係る基準光発生装置の説明と同様である。ま
た単純化のため、装置のＸ軸まわりおよびＹ軸まわりの
傾斜は相等しく、それぞれθ１であるとして説明する。
また、以降の実施の形態の説明においても同様の方法で
説明をする。

【００３１】基準光発生装置がＸ軸まわりおよびＹ軸ま
わりにそれぞれθ１傾斜していたとき、光路Ｌ２に沿っ
て屈折率ｎのシリコンオイル６を封入した透明容器５に
入射し、自由液面６Ａで反射されて出射面５Ｄから出射
するレーザビームは光路Ｌ３に対して偏角θ２ｘ、θ２
ｙが与えられる。このとき、基準光発生装置の傾斜がな
いときの自由液面に対するレーザビームの入射角および
反射角が６０度となっていることより、θ２ｘ、θｙ２
はそれぞれ以下のようになる。

【数７】 θ２ｘ＝２ｎθ１ … 式（９） θ２ｙ＝２・ＳＩＮ（９０−６０）・ｎθ１＝ｎθ１ … 式（１０） すなわち、Ｘ軸回りの傾斜角θ１、Ｙ軸回りの傾斜角θ
１のそれぞれの傾斜に対して反射角感度が２：１となっ
ていることがわかる。この反射角感度の差を補正するた
めに設けられたのがアナモルフィックプリズム７で、続
いてこのアナモルフィックプリズム７の作用について説
明する。

【００３２】出射面５Ｄを経て透明容器５の外に出射し
たレーザビームは、２枚の楔型プリズム７Ａ、７Ｂで構
成したアナモルフィックプリズム７を透過し、この際に
光路Ｌ４に対して偏角θ３ｘ、θ３ｙが与えられる。こ
のときの偏角θ３ｘ、θ３ｙはそれぞれ以下の式で表さ
れる。

【数８】θ３ｘ＝Ｍ・θ２ｘ … 式（１１） θ３ｙ＝θ２ｙ … 式（１２） 上述の式（１１）における係数Ｍはアナモルフィックプ
リズム７の角度倍率であり、この場合Ｍ＝０．５である
ので式（１１）および（１２）に式（９）および（１
０）を代入することにより、θ３ｘ、θ３ｙは以下のよ
うになる。

【数９】 θ３ｘ＝０．５・θ２ｘ＝ｎθ１ … 式（１３） θ３ｙ＝θ２ｙ＝ｎθ１ … 式（１４） すなわち、アナモルフィックプリズム７によって、Ｘ軸
まわりの傾斜成分によって生ずる偏角の成分に対しての
み０．５倍の反射角感度変化率が与えられた結果、θ３
ｘおよびθ３ｙは同じ反射角感度を有することになる。

【００３３】そして、アナモルフィックプリズム７より
出射したレーザビームは、ミラー８で水平方向に反射さ
れ、続いてルーフプリズム９によって上方に反転反射さ
れて入射面５Ｂを経て透明容器５に再度入射する。この
とき、透明容器５の入射面５Ｂに対し、シリコンオイル
６の自由液面６Ａは角度θ１だけ傾斜しているのでプリ
ズム効果を有しており、したがって入射面５Ｂより入射
したレーザビームはシリコンオイル６を透過する際に屈
折され、光路Ｌ６に対して以下の偏角θ４ｘ、θ４ｙが
与えられる。

【数１０】 θ４ｘ＝θ３ｘ−（ｎ−１）θ１＝ｎθ１−ｎθ１＋θ１＝θ１ … 式（１５ ） θ４ｙ＝θ３ｙ−（ｎ−１）θ１＝ｎθ１−ｎθ１＋θ１＝θ１ … 式（１６ ）

【００３４】以上のようにして、図１に示す基準光発生
装置は、その傾き角度あるいは傾きの方向によらず、常
に鉛直上方に導かれ、傾き補正が成り立つ。そして、装
置の上部には、鉛直上方に導かれたレーザビームに対し
て直角方向に反射するペンタプリズム３０が配設されて
おり、Ｚ軸に平行な回転軸まわりに所定の回転速度で回
転する。これにより出射面５Ｅを透過して鉛直上方に出
射したレーザビームは水平方向に反射され、ペンタプリ
ズム３０が回転することによりレーザ光の水平走査面を
得ることができる。このとき、式（１５）および（１
６）からも明かなように、傾き補正式の中にシリコンオ
イル６の屈折率ｎを含んでいないため、温度変化等によ
ってシリコンオイル６の屈折率が変化してもレーザビー
ムによって得られる走査面は水平を保つ。

【００３５】なお、ここで出射面５Ｅについて説明する
と、図１に示すように出射面５Ｅには所定の傾斜角度が
つけられている。これにより、出射面５Ｅにシリコンオ
イルが付着した場合でも、傾斜により出射面５Ｅより自
然に流れ落ちるのでレーザビームの光路を妨げることは
ない。

【００３６】図２を参照し、第１の実施の形態に係る基
準光発生装置を垂直出しに用いる場合について説明す
る。図２において、図１に示す基準光発生装置がＸ軸ま
わりに反時計方向に９０度回転させた状態となってお
り、これにともないシリコンオイル６が透明容器内を移
動して新たな自由液面６Ｂを形成している。その他の構
成は図１に示すものと同一であり、その説明を省略し、
基準光発生装置の作用を中心に説明する。

【００３７】図２に示す基準光発生装置の傾斜θ１が０
度のとき、レーザダイオード１より出射され、ハーフミ
ラー３によって反射されたレーザビームは光路Ｌ１に沿
って進み、透明容器５の入射面５Ａを経てシリコンオイ
ル６の自由液面６Ｂに入射角４５度の角度で入射する。
一方、ハーフミラー３を透過したレーザビームはミラー
４で反射され、光路Ｌ２に沿って進み、透明容器５の入
射面５Ａを経てシリコンオイル６の液面に入射し、そし
て自由液面６Ｂから出射して遮光面５Ｇによってトラッ
プされる。

【００３８】図２に示す基準光発生装置が角度θ１傾斜
したときに傾き補正がなされる過程について説明する。
なお、この図２において、基準光発生装置はＸ軸まわり
およびＺ軸まわりにそれぞれθ１傾斜しているものとし
て説明する。

【００３９】光路Ｌ１に沿って直進し、入射面５Ａより
シリコンオイル６に入射したレーザビームは自由液面６
Ｂで反射され、出射面５Ｆより透明容器５の外に出射す
る。このとき、レーザビームに与えられる偏角は、

【数１１】 θ２ｘ＝２ｎθ１ … 式（１７ ） θ２ｚ＝２・ＳＩＮ（９０−４５）・ｎθ１＝１．４１４２ｎθ１ … 式（１８ ） で与えられる。そして、角度変化倍率０．５倍のアナモ
ルフィックプリズム１０を透過する際に光路Ｌ４に対し
て以下のように偏角θ３が与えられる。

【数１２】 θ３ｘ＝０．５・θ２ｘ＝ｎθ１ … 式（１９） θ３ｚ＝θ２ｚ＝１．４１４２ｎθ１ … 式（２０）

【００４０】そしてミラー１１により図の右方向に反射
され、次いでミラー１２により紙面上方に反射されたレ
ーザビームは入射面５Ｃより自由液面６Ｂに向けてシリ
コンオイル６内を再透過する。このとき、θ１傾斜した
シリコンオイル６のプリズム効果により光路Ｌ７に対し
て以下の偏角が与えられる。

【数１３】 θ４ｘ＝θ３ｘ−（ｎ−１）θ１＝θ１ … 式（２１ ） θ４ｚ＝θ３ｚ−（ｎ−１）θ１＝０．４１４２ｎθ１＋θ１ … 式（２２ ） 以上のように、レーザビームは基準光発生装置のＸ軸回
りの傾斜θ１が補正される一方、Ｚ軸まわりの傾斜θ１
は補正されない状態でペンタプリズム１３、ミラー１
４、そしてハーフミラー１５により水平方向に導かれ
る。そして光路Ｌ１０を回転軸として所定の回転速度で
回転するペンタプリズム３０により、レーザビームの鉛
直走査面を得ることができる。

【００４１】なお、上記の式（２２）に示すように、基
準光発生装置を垂直出し用として用いる際にはＺ軸回り
の傾斜を補正していないが、これは補正することにあま
り意味がないからである。すなわち、工事現場等で鉛直
走査面を有するレーザビームを出射し、このレーザビー
ムによって工事現場の壁面などに垂直光を投光するとき
には、壁面上の投光したい位置と垂直光とが合致するよ
うに、基準光発生装置を水平方向に振ればよいからであ
る。

【００４２】以上の第１の実施の形態と請求項との対応
において、ハーフミラー３およびミラー４が光路分割手
段を、ミラー８およびルーフミラー９が水平姿勢用反転
反射手段を、ミラー１１および１２が垂直姿勢用反転反
射手段を、アナモルフィックプリズム７が第１の角度変
更手段を、アナモルフィックプリズム１０が第２の角度
変更手段を、ペンタプリズム１３およびミラー１４が第
１の光路誘導手段を、ハーフミラー１５が第２の光路誘
導手段を、ペンタプリズム３０が投光光学系をそれぞれ
構成する。

【００４３】−第２の実施の形態− 図３および図４を参照し、本発明の第２の実施の形態に
係る基準光発生装置ついて説明する。図３が水平出し用
として用いる場合を示し、図４が図３に示す基準光発生
装置をＸ軸まわりに時計方向へ９０度回転させた状態を
示している。なお、図１および２と同一の構成の部分に
は同一の符号を付し、その説明を省略する。

【００４４】図３において、レーザダイオード１および
コリメートレンズ２はＹ軸に対して反時計まわり４５°
の方向に配設されている。透明容器３５は入射面３５
Ａ、３５Ｂ、３５Ｃと出射面３５Ｄ、３５Ｅ、３５Ｆ、
３５Ｇ、および遮光面３５Ｈを有し、この透明容器３５
には屈折率ｎのシリコンオイル６が自由液面６Ａを有す
るように封入されている。出射面３５ＧはＹ軸に対して
時計まわり４５度の方向に法線を有するように設けられ
ており、以下反時計まわりに隣接する入射面３５Ｃ、３
５Ａおよび３５Ｂ、そして出射面３５Ｆは、それぞれ隣
接する面同士の法線が４５度の角度をなすように配設さ
れている。そして出射面３５Ｅおよび３５Ｄは、第１の
実施の形態における出射面３５Ｅと同様にして、これら
の面に付着したシリコンオイルが速やかに流れ落ちるよ
うに適宜の傾斜角が与えられている。

【００４５】透明容器３５の出射面３５Ｆの法線方向に
は、０．５倍の角度倍率を有するアナモルフィックプリ
ズム７およびミラー８が配設され、更にこのミラー８の
左方には凹シリンドリカルレンズ１６Ａと凸シリンドリ
カルレンズ１６Ｂで構成されたガリレオ式ビームエキス
パンダ１６と、ルーフプリズム９とが配設されている。

【００４６】出射面３５Ｇの法線方向には、０．５倍の
角度倍率を有するアナモルフィックプリズム１０および
ミラー１１が配設されており、出射面３５Ｃの法線方向
にはミラー１２が配設されている。さらに透明容器３５
の右側にはペンタプリズム１３が、その上方にはミラー
１４が配設されている。また、透明容器３５の上方には
ハーフミラー１５が、さらにその上方にはＺ軸を回転軸
として回転可能なペンタプリズム３０が配設され、これ
らによって基準光発生装置は構成される。

【００４７】図３を参照し、この基準光発生装置が水平
出し用として用いられる際の動作について説明する。図
３に示す基準光発生装置の傾斜角θ１が０度のとき、レ
ーザダイオード１より出射され、コリメートレンズ２に
よって平行光とされたレーザビームは、光路Ｌに沿って
シリコンオイル６の自由液面６Ａに入射角４５度で入射
し、そして反射する。従ってこの基準光発生装置がＸ軸
わまりおよびＹ軸まわりにそれぞれ角度θ１傾斜してい
た場合、出射面３５Ｆから出射したレーザビームに対し
て与えられる偏角は以下の式のようになる。

【数１４】 θ２ｘ＝２ｎθ１ … 式（２３ ） θ２ｙ＝２ＳＩＮ（９０−４５）・ｎθ１＝１．４１４２・ｎθ１ … 式（２４ ）

【００４８】レーザビームはアナモルフィックプリズム
７を透過する際にＸ成分にのみ変化が与えられ、光路Ｌ
２に対する偏角θ３ｘ、θ３ｙは以下のようになる。

【数１５】 θ３ｘ＝０．５ｎθ２ｘ＝ｎθ１ … 式（２５） θ３ｙ＝θ２ｙ＝１．４１４２・ｎθ１ … 式（２６）

【００４９】レーザビームは、続いてミラー８で図の左
方向に反射され、ガリレオ式ビームエキスパンダ１６に
入射する。このガリレオ式ビームエキスパンダ１６の凹
シリンドリカルレンズ１６Ａの焦点距離ｆ２と凸シリン
ドリカルレンズ１６Ｂの焦点距離ｆ３の関係は、

【数１６】 ｆ２：ｆ３＝１：１．４１４２ … 式（２７） になっていて、図に示すように互いの焦点位置を合致さ
せた状態で配設されている。そして、ガリレオ式ビーム
エキスパンダ１６を通過した光は光軸Ｌ３に対してＹ成
分にのみ変化が与えられ、光路Ｌ３に対する偏角θ４
ｘ、θ４ｙは以下のようになる。

【数１７】 θ４ｘ＝θ３ｘ＝ｎθ１ … 式（２８） θ４ｙ＝１／１．４１４２・θ３ｙ＝ｎθ１ … 式（２９）

【００５０】レーザビームはルーフプリズム９によって
反転反射され、上方に導かれる。このときレーザビーム
はルーフプリズム９の反転反射機能により、基準光発生
装置の傾きを補正する方向に向けられる。そしてレーザ
ビームは、透明容器３５の入射面３５Ｂより自由液面６
Ａに向けてシリコンオイル６を透過する際に、このシリ
コンオイル６のプリズム効果によってＸ軸およびＹ軸方
向の傾き成分の変化が与えられ、光路Ｌ４に対する偏角
θ５ｘ、θ５ｙは以下のようになる。

【数１８】 θ５ｘ＝θ４ｘ−（ｎ−１）θ１＝θ１ … 式（３０） θ５ｙ＝θ４ｙ−（ｎ−１）θ１＝θ１ … 式（３１） つまり、シリコンオイル６を透過した時点でレーザビー
ムは、基準光発生装置のＸ軸まわりおよびＹ軸まわりの
傾斜θ１が補正され、鉛直方向に出射するビームとなっ
て出射面３５Ｅおよびハーフミラー１５を透過する。そ
してこのレーザビームは回転式のペンタプリズム３０に
よって光路を水平方向に曲げられ、そして水平走査面を
有するレーザビームに変換される。このとき、式（３
０）および式（３１）で明かなように補正式中にシリコ
ンオイルの屈折率ｎを含んでいないので、シリコンオイ
ルの屈折率が変化しても良好な傾き補正がなされる。

【００５１】図４を参照し、第２の実施の形態に係る基
準光発生装置が垂直出し用に用いられる場合について説
明する。図４に示す基準光発生装置は、先に説明したと
おり、図３に示す装置をＸ軸まわりに９０度、反時計方
向に回転させて設置したものであり、これにともないシ
リコンオイル６が透明容器内を移動して新たな自由液面
６Ｂを形成している。その他の構成は図３に示すものと
同一であり、その説明を省略し、基準光発生装置の作用
を中心に説明する。なお、第２の実施の形態に係る基準
光発生装置を垂直出し用として用いる際には、第１の実
施の形態のものを垂直出し用に用いる場合と同様、Ｘ軸
回りの傾斜のみ補正する。

【００５２】図４に示す基準光発生装置の傾斜θ１が０
のとき、レーザダイオード１より出射されたレーザビー
ムは光路Ｌ１に沿って進み、透明容器３５の入射面３５
Ａを経てシリコンオイル６の自由液面６Ｂに入射角４５
度の角度で入射するよう構成されている。

【００５３】図４に示す基準光発生装置が角度θ１傾斜
したときに傾き補正がなされる過程について説明する。
なお、この図４において、基準光発生装置はＸ軸まわり
およびＺ軸まわりにそれぞれθ１傾斜しているものとし
て説明する。

【００５４】光路Ｌ１に沿って直進し、入射面３５Ａよ
りシリコンオイル６に入射したレーザビームは自由液面
６Ｂで反射され、出射面３５Ｇより透明容器３５の外に
出射する。このとき、レーザビームに与えられる偏角
は、

【数１９】 θ２ｘ＝２ｎθ１ … 式（３２ ） θ２ｚ＝２・ＳＩＮ（９０−４５）・ｎθ１＝１．４１４２ｎθ１ … 式（３３ ） で与えられる。そして、角度変化倍率０．５倍のアナモ
ルフィックプリズム１０を透過する際にＸ成分にのみ変
化が与えられ、光路Ｌ３に対する偏角は、

【数２０】 θ３ｘ＝Ｏ．５・θ２ｘ＝ｎθ１ … 式（３４） θ３ｚ＝θ２ｚ＝１．４１４２ｎθ１ … 式（３５） となる。そしてミラー１１および１２によってレーザビ
ームは入射面３５Ｃを経てシリコンオイル６を透過し、
自由液面６Ｂから出射するように導かれる。このとき、
ミラー１１および１２によってレーザビームは基準光発
生装置のＸ軸まわりの傾斜を補正する方向に導かれてい
る。またシリコンオイル６を透過する際に、レーザビー
ムのＸ成分およびＺ成分に対して以下の変化が与えられ
る。

【数２１】 θ４ｘ＝θ３ｘ−（ｎ−１）θ１＝θ１ … 式（３６ ） θ４ｚ＝θ３ｚ−（ｎ−１）θ１＝０．４１４２・ｎθ１＋θ１ … 式（３７ ） つまり、自由液面６Ｂより出射したレーザビームは基準
光発生装置のＸ軸回りの傾斜のみが補正された状態で出
射面３５Ｄを透過した後、ペンタプリズム１３、ミラー
１４およびハーフミラー１５を経て水平方向に出射し、
回転式のペンタプリズムレーザビームの鉛直走査面を得
ることができる。

【００５５】以上の第１および第２の実施の形態の説明
において、基準光発生装置が水平出し用、あるいは垂直
出し用として用いられるときの設置姿勢に応じ、レーザ
ビームは装置内に配設された異なる光路に沿って導かれ
るように構成されていることを説明した。そしてこの異
なる光路に沿って導かれたレーザビームは、水平出し用
として用いられるときにはハーフミラー１５を透過して
ペンタプリズム３０に向かう一方、垂直出し用として用
いられる場合にはハーフミラー１５によって反射されて
ペンタプリズム３０に向かうことを説明したが、このハ
ーフミラー１５に代えて偏光ビームスプリッタと位相差
板を用いてもよい。すなわち図５に示すように、図３で
示されるハーフミラー１５を偏光ビームスプリッタ１１
５に置き換え、さらにミラー１４と偏光ビームスプリッ
タ１１５との間の光路中に１／２波長板２１５を挿入す
ればよい。このような構成とすることにより、レーザダ
イオード１から出射されたレーザビームを効率良く基準
光発生装置の外に導くことができるので、レーザダイオ
ードの発光パワーの低減等が可能となる。

【００５６】以上の第２の実施の形態と請求項との対応
において、ミラー８およびルーフミラー９が水平姿勢用
反転反射手段を、ミラー１１およびミラー１２が垂直姿
勢用反転反射手段を、アナモルフィックプリズム７およ
びガリレオ式ビームエキスパンダ１６が第１の角度変更
手段を、アナモルフィックプリズム１０が第２の角度変
更手段を、ペンタプリズム１３およびミラー１４が第１
の光路誘導手段を、ハーフミラー１５が第２の光路誘導
手段を、ペンタプリズム３０が投光光学系をそれぞれ構
成する。

【００５７】−第３の実施の形態− 図６、図７を参照し、第３の実施の形態に係る基準光発
生装置について説明する。図６は第３の実施の形態に係
る基準光発生装置を水平出し用に用いる状態を、図７は
図６に示す装置をＸ軸まわりに時計方向へ９０度回転さ
せ、垂直出し用として用いる状態を示している。なお、
この図６および図７において第１の実施の形態を示す図
１および図２と同一の構成の部分には同一の符号を付し
てその説明を省略する。

【００５８】図６において、レーザダイオード１および
コリメートレンズ２は透明容器４５の上方に配置されて
いる。レーザダイオード１の光路Ｌ上にはハーフミラー
３が配設され、その右方にミラー１７、さらにその下方
にはミラー１８が配設されている。

【００５９】透明容器４５は入射面４５Ａ、４５Ｂおよ
び４５Ｃと、出射面４５Ｄ、４５Ｅおよび４５Ｆとを有
し、内部には屈折率ｎのシリコンオイル６が自由液面を
有するように封入されている。入射面４５ＣはＺ軸に対
して時計まわりに４５度傾けて、出射面４５ＥはＺ軸に
平行に、出射面４５ＦはＺ軸に対して反時計まわりに３
０度傾けて設けられている。さらに出射面４５ＤはＹ軸
に平行に、入射面４５ＢはＺ軸に対して時計まわりに３
０度傾くように設けられている。なお、面４５Ｇは光の
入射あるいは出射に関与しない面である。また、入射面
４５Ａは、シリコンオイルが付着した場合に容易に流れ
落ちるように傾斜している。

【００６０】透明容器４５の周囲に配設された要素につ
いて説明すると、出射面４５Ｂの法線方向（容器４５の
右下）には角度倍率が２倍のアナモルフィックプリズム
２１およびミラー８が、透明容器４５の下方にはルーフ
ミラー９が、入射面４５Ｃの法線上（容器４５の左上）
には角度倍率が２倍のアナモルフィックプリズム２２お
よびミラー１１が、そして透明容器の左方にはミラー１
２が、それぞれ配設されている。そして透明容器４５の
さらに左方には、下から順に反射ミラー２３、ハーフミ
ラー２４、凸シリンドリカルレンズ２５Ａと凸シリンド
リカルレンズ２５Ｂで構成した角度倍率が０．５倍のビ
ームエキスパンダ２５が設けられ、これらによって自動
傾き補正機構は構成されている。

【００６１】上述の構成の基準光発生装置が水平出し用
として用いられる際の動作について図６を参照して説明
する。なお、ここで基準光発生装置は図のＸ軸まわりお
よびＹ軸回りにそれぞれθ１傾斜しているものとして説
明をする。

【００６２】レーザダイオード１より出射され、コリメ
ートレンズ２によって平行光とされたレーザビームは、
光路Ｌに沿って進み、ハーフミラー３に入射する。そし
て、このハーフミラー３によってレーザビームの一部は
右方に反射され、ミラー１７、ミラー１８を経て透明容
器４５の空間内を左方向に透過した後、ミラー１２およ
び１１、アナモルフィックプリズム２２を経て入射面４
５Ｃよりシリコンオイル６に入射した後、基準光発生装
置よりレーザビームを出射するための所定光路から外
れ、光路Ｌ２に沿って直進する。この光路Ｌ２に沿って
進むレーザビームは、装置を覆う不図示のカバーによっ
て光路を断たれるので、基準光発生装置が水平出し用と
して用いられるときに、ハーフミラー３で反射された不
要なレーザビームが水平基準光とともに装置より出射さ
れることはない。

【００６３】ハーフミラー３に入射したレーザビームの
うち、ハーフミラー３で反射されずに直進したレーザビ
ームは入射面４５Ａを経て自由液面６Ａより出射面４５
Ｄに向けてシリコンオイル６を透過する。このとき、シ
リコンオイル６のプリズム効果によってレーザビームの
Ｘ成分およびＹ成分に対して変化が与えられ、光路Ｌ３
に対する偏角θ２ｘ、θ２ｙは以下のようになる。

【数２２】θ２ｘ＝（ｎ−１）θ１ … 式（３８） θ２ｙ＝（ｎ−１）θ１ … 式（３９）

【００６４】光路Ｌ３に対し、上述のように偏角θ２
ｘ、θ２ｙが与えられたレーザビームはルーフミラー９
によって反転反射されて右方向に導かれ、ミラー８によ
って反射された後、アナモルフィックプリズム２１に入
射する。このとき、レーザビームはルーフミラー９によ
って反転反射される際に、基準光発生装置のＹ軸回りの
傾斜を補正する方向にその向きを反転される（この時点
では、装置の傾斜をキャンセルする方向に反転されるだ
けで、傾斜角度そのものの補正についてはまだなされて
いない）。

【００６５】そして角度倍率２倍のアナモルフィックプ
リズム２１を透過したレーザビームは、Ｘ成分にのみ変
化が与えられ、光路Ｌ５に対する偏角θ３ｘ、θ３ｙは
以下のようになる。

【数２３】 θ３ｘ＝２・θ２ｘ＝２（ｎ−１）θ１ … 式（４０） θ３ｙ＝θ２ｙ＝（ｎ−１）θ１ … 式（４１）

【００６６】光路Ｌ５に対し、式（４０）および（４
１）で表す偏角が与えられたレーザビームは、入射面４
５Ｂを経てシリコンオイル６に入射し、自由液面６Ａで
反射された後に出射面４５Ｆより透明容器４５の外に出
射する。このとき、レーザビームの自由液面６Ａに対す
る入射角はθ１＝０度のときに６０度となるようになっ
ている。したがって、自由液面６Ａで反射され、透明容
器４５の外に出射したレーザビームにはＸ成分およびＹ
成分に対して変化が与えられ、光路Ｌ６に対する偏角θ
４ｘ、θ４ｙは以下のようになる。

【数２４】 θ４ｘ＝２ｎθ１−θ３ｘ＝２θ１ … 式（４２） θ４ｙ＝２ｎ・ＳＩＮ（９０−６０）θ１−θ３ｙ ＝ｎθ１−（ｎ−１）θ１＝θ１ … 式（４３）

【００６７】光路Ｌ６に対して偏角θ４ｘおよびθ４ｙ
を有するレーザビームは、ハーフミラー２４で上方に反
射され、そして角度倍率が０．５倍のビームエキスパン
ダ２５によってＸ成分にのみ変化が与えられ、光路Ｌ７
に対して以下の偏角θ５ｘ、θ５ｙが与えられる。

【数２５】 θ５ｘ＝０．５・θ４ｘ＝θ１ … 式（４４） θ５ｙ＝θ４ｘ＝θ１ … 式（４５） このとき、図６からも明かなように、レーザビームはビ
ームエキスパンダ２５によって角度変化が与えられると
同時に、基準光発生装置のＸ軸回りの傾斜を補正する方
向に向きを変えられる。一方、Ｙ軸まわりの傾斜に対し
ては先述のとおりルーフプリズム９によって向きを変え
られている。

【００６８】以上のようにしてレーザビームはビームエ
キスパンダ２５を経て鉛直上方に出射し、回転式のペン
タプリズムによって光路を水平方向に曲げられ、そして
水平走査面を有するレーザビームに変換される。

【００６９】図７を参照し、第３の実施の形態に係る基
準光発生装置が垂直出しに用いられる例について説明す
る。図７に示す基準光発生装置は、先に説明したとお
り、図６に示す装置をＸ軸まわりに９０度、反時計方向
に回転させて設置したものであり、これにともないシリ
コンオイル６が透明容器内を移動して新たな自由液面６
Ｂを形成している。その他の構成は図６に示すものと同
一であり、その説明を省略し、基準光発生装置の作用を
中心に説明する。なお、第３の実施の形態に係る基準光
発生装置を垂直出し用として用いる際には、第１および
第２の実施の形態のものを垂直出し用に用いる場合と同
様、Ｘ軸回りの傾斜のみ補正する。また、図７に示す基
準光発生装置は、Ｘ軸まわりおよびＺ軸まわりにそれぞ
れ角度θ１傾斜しているものとして以下の説明をする。

【００７０】レーザダイオード１より出射され、コリメ
ートレンズ２によって平行光とされたレーザビームは、
光路Ｌに沿って進み、ハーフミラー３に入射する。そし
てレーザビームの一部はハーフミラー３を透過し、透明
容器４５の空間内を右方向に透過した後、ルーフミラー
９、ミラー８、アナモルフィックプリズム２１を経て入
射面４５Ｂより透明容器４５の中に入射し、シリコンオ
イル６を透過して、基準光発生装置よりレーザビームを
出射するための所定光路から外れて光路Ｌ１に沿って直
進する。この光路Ｌ１に沿って直進するレーザビーム
は、装置を覆う不図示のカバーによって光路を断たれる
ので、第３の実施の形態に係る基準光発生装置が垂直出
し用に用いられる場合において、ハーフミラー３を透過
した不要なレーザビームが垂直基準光とともに装置より
出射されることはない。

【００７１】ハーフミラー３に入射したレーザビームの
うち、ハーフミラー３で反射されて上方に進んだレーザ
ビームはミラー１７および１８で反射され、入射面４５
Ｂを経て自由液面６Ｂより出射面４５Ｅに向けてシリコ
ンオイル６を透過する。このとき、シリコンオイル６の
プリズム効果によってレーザビームのＸ成分およびＺ成
分に対して変化が与えられ、光路Ｌ３に対する偏角θ２
ｘおよびθ２ｚは以下のようになる。

【数２６】θ２ｘ＝（ｎ−１）θ１ … 式（４６） θ２ｚ＝（ｎ−１）θ１ … 式（４７）

【００７２】光路Ｌ３に対して上述のように偏角θ２
ｘ、θ２ｚが与えられたレーザビームは、ミラー１２お
よび１１によって反射されて角度倍率２倍のアナモルフ
ィックプリズム２２を透過する。この際にＸ成分にのみ
変化が与えられ、光路Ｌ４に対する偏角θ３ｘおよびθ
３ｚは以下のようになる。

【数２７】 θ３ｘ＝２・θ２ｘ＝２（ｎ−１）θ１ … 式（４８） θ３ｚ＝θ２ｚ＝（ｎ−１）θ１ … 式（４９） そしてレーザビームは入射面４５Ｃよりシリコンオイル
６に入射し、自由液面６Ｂで反射されて出射面４５Ｆよ
り出射する。このとき、レーザビームの自由液面６Ａに
対する入射角はθ１＝０度のときに４５度となるように
なっている。したがって、自由液面６Ｂで反射され、透
明容器４５の外に出射したレーザビームにはＸ成分およ
びＹ成分に対して変化が与えられ、光路Ｌ５に対する偏
角θ４ｘ、θ４ｚは以下のようになる。

【数２８】 θ４ｘ＝２ｎθ１−θ３ｘ＝２θ１ … 式（５０） θ４ｚ＝２ｎ・ＳＩＮ（９０−４５）θ１−θ３ｚ ＝１．４１４２ｎθ１−（ｎ−１）θ１ ＝０．４１４２ｎθ１＋θ１ … 式（５１）

【００７３】出射面４５Ｆから出射したレーザビームは
ミラー２３により反射され、ハーフミラー２４を透過し
て角度倍率０．５倍のビームエキスパンダ２５に入射す
る。このビームエキスパンダ２５によってＸ成分にのみ
変化が与えられ、光路Ｌ６に対して以下の偏角θ５ｘ、
θ５ｙが与えられる。

【数２９】 θ５ｘ＝０．５・θ４ｘ＝θ１ … 式（５２） θ５ｚ＝θ４ｚ＝０．４１４２ｎθ１＋θ１ … 式（５３） このとき、図７からも明かなように、レーザビームはビ
ームエキスパンダ２５によって角度変化が与えられると
同時に、基準光発生装置のＸ軸回りの傾斜を補正する方
向に向きを変えられる。これにより、ビームエキスパン
ダから出射されたレーザビームは水平方向に進み、回転
式のペンタプリズム３０によって光路を垂直方向に曲げ
られ、そして垂直走査面を有するレーザビームに変換さ
れる。

【００７４】以上の第３の実施の形態と請求項との対応
において、ハーフミラー３、ミラー１７およびミラー１
８が光分割手段を、ミラー８およびルーフプリズム９が
水平姿勢用反転反射手段を、ミラー１１および１２が垂
直姿勢用反転反射手段を、アナモルフィックプリズム２
１が第１の角度変更手段を、アナモルフィックプリズム
２２が第２の角度変更手段を、ミラー２３およびハーフ
ミラー２４が光路誘導手段を、ビームエキスパンダ２５
が第３の角度変更手段を、ペンタプリズム３０が投光光
学系をそれぞれ構成する。

【００７５】

【発明の効果】以上説明したように請求項１〜３に記載
の発明によれば、１台の装置を縦あるいは横に設置する
だけで水平出し用あるいは垂直出し用の基準光を投光す
ることが可能となり、また、使用する液体の屈折率が変
化しても精度よく自動傾き補正された基準光を出射する
ことが可能となる。さらに、同一の光源から出射された
光を、光分割手段あるいは光路誘導手段によって水平、
垂直の設置姿勢に応じた基準光として出射することがで
き、これにより内部構成の単純化および製造コストの低
減が可能となる。請求項４および請求項５に記載の発明
によれば、基準光発生装置の設置姿勢に応じ、傾き補正
した基準光を水平あるいは垂直な面上に沿う全方向に投
光することができ、これにより壁面等に水平あるいは垂
直の基準線をマークすることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施の形態に係る基準光発生
装置の構成を示す断面図で、水平姿勢で用いたときのレ
ーザビームの光路を示す図。

【図２】 本発明の第１の実施の形態に係る基準光発生
装置の構成を示す断面図で、垂直姿勢で用いたときのレ
ーザビームの光路を示す図。

【図３】 本発明の第２の実施の形態に係る基準光発生
装置の構成を示す断面図で、水平姿勢で用いたときのレ
ーザビームの光路を示す図。

【図４】 本発明の第２の実施の形態に係る基準光発生
装置の構成を示す断面図で、垂直姿勢で用いたときのレ
ーザビームの光路を示す図。

【図５】 図３に示す基準光発生装置におけるハーフミ
ラーに代えて偏光ビームスプリッタと位相差板とを用い
た例を示す図。

【図６】 本発明の第３の実施の形態に係る基準光発生
装置の構成を示す断面図で、水平姿勢で用いたときのレ
ーザビームの光路を示す図。

【図７】 本発明の第３の実施の形態に係る基準光発生
装置の構成を示す断面図で、垂直姿勢で用いたときのレ
ーザビームの光路を示す図。

【図８】 従来の技術に係る基準光発生装置の原理図。

【符号の説明】

１ レーザダイオード ３、１５、２４ ハーフミラー ４、８、１１、１２、１４、１７、１８、２３ ミラー ５、３５、４５ 透明容器 ６ シリコンオイル ６Ａ、６Ｂ 自由液面 ７、１０、２１、２２ アナモルフィックプリズム ９ ルーフプリズム １３、３０ ペンタプリズム １６ ガリレオ式ビームエキスパン
ダ ２５ ビームエキスパンダ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水平姿勢と、垂直姿勢とで用いられる基
   準光発生装置において、 光源と、 自由液面を有する液体を封入した容器と、 前記光源から出射された光を第１の光路の光と第２の光
   路の光とに分割する光分割手段と、 前記水平姿勢では前記第１の光路の光を、前記垂直姿勢
   では前記第２の光路の光を、それぞれ前記自由液面で全
   反射するように導くとともに、全反射されて前記容器外
   に出射した前記各光路の光を、前記液体に再入射して透
   過するように導く水平姿勢用反転反射手段および垂直姿
   勢用反転反射手段と、 前記容器内の液体に入射し、自由液面で反射して前記容
   器外に出射した光の入射角度に対する出射角度の比をあ
   らゆる入射方位に対して一定の所定値に保つため、前記
   水平姿勢用反転反射手段により形成される光路中に配設
   された第１の角度変更光学手段と、 前記容器内の液体に入射し、前記自由液面で反射して前
   記容器外に出射した光の入射角度に対する出射角度の比
   を少なくとも一つの入射方位に対して所定値にするた
   め、前記垂直姿勢用反転反射手段により形成される光路
   中に配設された第２の角度変更手段と、 前記水平姿勢用反転反射手段によって導かれ、前記自由
   液面から出射した光と、前記垂直姿勢用反転反射手段に
   よって導かれて前記自由液面から出射し、第１の光路誘
   導手段によって導かれた光とを同じ出射光路に導く第２
   の光路誘導手段とを備え、 前記水平姿勢では前記水平姿勢用反転反射手段により導
   かれた光を基準光として出射する一方、前記垂直姿勢で
   は前記垂直姿勢用反転反射手段により導かれた光を基準
   光として出射することを特徴とする基準光発生装置。
2. 【請求項２】 水平姿勢と、垂直姿勢とで用いられる基
   準光発生装置において、 光源と、 自由液面を有する液体を封入した容器と、 前記光源から前記容器内の液体に向けて入射し、続いて
   前記自由液面で全反射されて前記容器外に出射した光
   を、前記水平姿勢では第１の経路に沿って、前記垂直姿
   勢では第２の経路に沿って、それぞれ前記液体に再入射
   し、透過するように導く水平姿勢用反転反射手段および
   垂直姿勢用反転反射手段と、 前記容器内の液体に入射し、自由液面で反射して前記容
   器外に出射した光の、入射角度の変化に対応する出射角
   度の比をあらゆる入射方位に対して一定の所定値に保つ
   ために、前記水平姿勢用反転反射手段により形成される
   光路中に配設された第１の角度変更手段と、 前記容器内の液体に入射し、前記自由液面で反射して前
   記容器外に出射した光の入射角度に対応する出射角度の
   比を少なくとも一つの入射方位に対して所定値に保つた
   め、前記垂直姿勢用反転反射手段により形成される光路
   中に配設された第２の角度変更手段と、 前記水平姿勢用反転反射手段によって導かれ、前記自由
   液面から出射した光と、前記垂直姿勢用反転反射手段に
   よって導かれて前記自由液面から出射し、第１の光路誘
   導手段によって導かれた光とを同じ出射光路に導くため
   の第２の光路誘導手段とを備え、 前記水平姿勢では前記水平姿勢用反転反射手段により導
   かれた光を基準光として出射する一方、前記垂直姿勢で
   は前記垂直姿勢用反転反射手段により導かれた光を基準
   光として出射することを特徴とする基準光発生装置。
3. 【請求項３】 水平姿勢と、垂直姿勢とで用いられる基
   準光発生装置において、 光源と、 自由液面を有する液体を封入した容器と、 前記光源から出射された光を第１の光路の光と第２の光
   路の光とに分割する光分割手段と、 前記水平姿勢では前記第１の光路の光を、前記垂直姿勢
   では前記第２の光路の光を、それぞれ前記液体に入射
   し、透過するように導き、そして前記液体を透過した光
   を再度前記液体に入射させ、前記自由液面で全反射して
   前記容器外に出射するように導く水平姿勢用反転反射手
   段および垂直姿勢用反転反射手段と、 前記水平姿勢用反転反射手段により形成される光路中に
   配設された第１の角度変更手段と、 前記垂直姿勢用反転反射手段により形成される光路中に
   配設された第２の角度変更手段と、 前記水平姿勢用反転反射手段によって導かれ、前記容器
   外に出射した光と、前記垂直姿勢用反転反射手段によっ
   て導かれ、前記容器外に出射した光とを同じ出射光路に
   導くための光路誘導手段と、 前記光路誘導手段により導かれる出射光路中に配設され
   た第３の角度変更手段とを有し、 前記水平姿勢では、前記第姿勢用反転反射手段により導
   かれた光を基準光として出射するとともに、前記容器内
   の液体に入射し、自由液面で反射して前記容器外に出射
   した光の入射角度の変化に対する出射角度の比を、前記
   第１の角度変更手段と前記第３の角度変更手段とによっ
   てあらゆる入射方位に対して一定の所定値に保つ一方、
   前記垂直姿勢では、前記垂直姿勢用反転反射手段により
   導かれた光を出射するとともに、前記容器内の液体に入
   射し、自由液面で反射して前記容器外に出射した光の入
   射角度の変化に対応する出射角度の比を、前記第２の角
   度変更手段と前記第３の角度変更手段とによって少なく
   とも一つの入射方位に対して所定値に保つことを特徴と
   する基準光発生装置。
4. 【請求項４】 請求項１または２に記載の基準光発生装
   置において、前記第２の光路誘導手段により導かれて前
   記出射光路上を進む前記光を、前記水平姿勢に応じた水
   平平面上あるいは前記垂直姿勢に応じた垂直平面上に沿
   う全方向に投光する投光光学系をさらに有することを特
   徴とする基準光発生装置。
5. 【請求項５】 請求項３に記載の基準光発生装置におい
   て、前記光路誘導手段により同じ光路上に導かれた前記
   光を、前記水平姿勢に応じた水平平面上あるいは前記垂
   直姿勢に応じた垂直平面上に沿う全方向に投光する投光
   光学系をさらに有することを特徴とする基準光発生装
   置。