JPH11118478A - 基準平面設定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】回転軸線に沿って下方から照射されるレーザ光
を回転軸線に対して直角な２光線に分岐し基準平面を設
定する基準平面設定装置では、２光線に分岐するビーム
分割手段を回転軸線から外して配置すると回転バランス
を取るためバランサーを別途設けなければならず、装置
が大型化し、かつバランサーの調節が煩雑になる。 【解決手段】線偏光光である一次平行光線束Ｌ₀を発生
する発光手段5と、前記一次平行光線束Ｌ₀を第１平行光
線束Ｌ₁と第２平行光線束Ｌ₂に分割するビーム分割手段
16とを回転軸線9上に設け、回転手段によって前記発光
手段5と前記ビーム分割手段16とを前記回転軸線9を中心
に同期回転させるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、測量作業に用いら
れる測量機器にかかり、特に、２本の平行光線束で基準
平面を設定する基準平面設定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来は、水準儀とポールとを用いていた
水準測量も、近年は基準平面設定装置が使用されるよう
になってきた。

【０００３】基準平面設定装置はレーザープレーナとも
呼ばれるが、一般的には、測定範囲内の基準となる場所
に基準平面設定装置本体を置き、鉛直に整準された回転
軸線を中心としてレーザー光を回転させ、墨付け作業を
行いたい壁や柱等の近くに立った作業者が、壁やポール
等にできるレーザスポットを観察したり、受光器の測定
値を読みとって、水準面の設定を行なうために使用され
る装置であり、水準儀とポールを使用する場合に比べる
と、測量作業従事者が一人で足りる点で優れている。

【０００４】また、基準平面設定装置は、主に建築構造
物内等で壁、柱等に水準面を設定することに用いられて
いるが、近年では、前記水準面に垂直な上下の２方向に
２本の垂直レーザー光を射出して、床から天井までに亘
って鉛直線を設定できる基準平面設定装置も用いられる
ようになってきた。

【０００５】このような従来技術の基準平面設定装置の
構造を、図３を用いて簡単に説明すると、従来技術の基
準平面設定装置２００は、ケーシング２０１を備えてい
る。該ケーシング２０１は、円筒２０３を備えており、
該円筒２０３は、レーザダイオード２０５と、第１ハー
フプリズム２０６と、第２ハーフプリズム２０７と、第
１ミラー２０８と、ハーフミラー２０９と、第２ミラー
２１０とを備えている。

【０００６】前記レーザダイオード２０５は、前記第１
ハーフプリズムにレーザ光２２１を照射するように配置
され、前記第１ハーフプリズム２０６と前記第２ハーフ
プリズム２０７と前記ハーフミラー２０９とは回転軸線
２０２上に配置され、前記円筒２０３がモータ２０４に
よって回転軸線２０２の回りに回転すると、一緒に回転
するように構成されている。

【０００７】前記レーザ光２２１が前記第１ハーフプリ
ズム２０６に照射されると、半分は反射され、レーザ光
２２２となって、前記ハーフミラー２０９に照射され
る。

【０００８】残りの半分は前記第１ハーフプリズム２０
６を透過し、更に前記第２ハーフプリズム２０７を透過
し、レーザ光２２３となって前記第１ミラー２０８に照
射され、前記第１ミラー２０８で反射され、前記第２ハ
ーフプリズム２０７に戻されて、該第２ハーフプリズム
２０７と前記第１ハーフプリズム２０６との境界で、光
量の１／２が前記回転軸線２０２の鉛直下方方向に反射
され、垂直下方レーザー光２２７として前記ケーシング
２０１の窓２１３から装置の外部に射出される。

【０００９】一方、前記レーザ光２２２が前記ハーフミ
ラー２０９に照射されると、更にその半分（レーザ光２
２１の１／４光量）は透過して、垂直上方レーザー光２
２５として前記ケーシング２０１の窓２２１から前記回
転軸線２０２に沿って垂直上方方向に照射される。

【００１０】残りの半分（同１／４光量）は前記ハーフ
ミラー２０９で反射され、更に第２ミラー２１０で反射
され、水平レーザー光２２６として、前記回転軸線２０
２に垂直に窓２１１から照射される。

【００１１】前記円筒２０３にはモーター２０４が取付
けられているので、整準装置（図示せず）により前記回
転軸線２０２を鉛直に整準し、前記回転軸線２０２を中
心として前記円筒２０３を回転させると、前記ハーフプ
リズム２０９と前記第２ミラー２１０も前記回転軸線２
０２を中心として回転し、従って、前記水平レーザー光
２２６は一の水準面内で回転するので、これにより水準
面を設定できる。

【００１２】このとき、前記垂直上方レーザー光２２５
が天井に当たってできるスポットと、前記垂直下方レー
ザー光２２７が床に当たってできるスポットとは、前記
回転軸線２０２上に位置しており、前記円筒２０３が回
転しても移動しないので、前記２つのスポットを結ぶと
鉛直線を設定することができる。

【００１３】しかしながら従来技術の基準平面設定装置
２００では、前記レーザダイオード２０５が射出したレ
ーザー光を２本に分割し、そのうちの一本を更に２本に
分割して水平レーザー光と垂直上方レーザー光としてい
る。従って、水平レーザー光は１本だけであり、以下の
ような種々の問題があった。

【００１４】即ち、レーザー光の回転する角速度が一定
であれば、測定対象物との距離に比例して、測定対象物
上のレーザースポットの移動速度が速くなるので、遠距
離になるにつれ、受光器の受光光量が減少し、視認性が
悪化してしまう。

【００１５】視認性については、観測者の資質による個
人差や熟練度等の違いによる相違はあるが、７ｍｍφの
径のレーザー光を１ｍＷの出力強度で照射した場合に
は、レーザスポットの移動速度は３０ｍ／秒が観察可能
な限界速度であり、それ以上の速度になると測量作業を
行うことは困難である、といわれている。

【００１６】この移動速度を距離に換算してみると、例
えばレーザー光が回転する角速度を３６０度／秒である
とすると、測定対象物と基準平面設定装置の距離が４．
８ｍである場合に相当する。

【００１７】従って、この距離以上の測定対象物につい
ては、レーザー光の出力強度、角速度、ビーム径のいず
れかを調節して、視認性を確保する必要がある。

【００１８】レーザー光の出力強度を調節して視認性を
確保しようとする場合には、距離の大きさに応じて出力
強度を上げなけらばならない。しかしながら安全基準
上、レーザー光の単位面積あたりの出力強度には限界値
が設定されており、視認性の向上にも一定の限界があ
る。特に、上述したような従来技術の基準平面設定装置
では、前記レーザダイオード１０５から射出される水平
レーザー光の光強度を１とした場合、垂直下方レーザー
光の光強度が1/2であるのに、垂直上方レーザー光と水
平レーザー光とは各々1/4となってしまい、遠方まで到
達しなければならない水平レーザー光の光強度が弱く、
また、水平レーザー光の光強度だけを強くすることは不
可能である。

【００１９】レーザー光の回転する角速度を調節してレ
ーザスポットの移動速度を一定に保って視認性を向上さ
せる場合には、距離の長さに比例して角速度を小さくし
なければならない。しかしながら角速度を小さくする
と、レーザスポットが観察できる周期が長くなってしま
う。

【００２０】一般には、測定精度や作業上の必要から、
観測者は測定対象物上のレーザスポットを複数回観察確
認して基準平面設定作業を行うため、周期が長くなると
測定に要する時間が長くなり、基準平面設定作業の作業
性が著しく低下してしまう。

【００２１】レーザー光の径を大きくした場合には見や
すくはなるが、観測者がレーザスポット中のいずれの箇
所をもって基準平面と定めるかに誤差を生じ易く、ま
た、受光器を使用した場合でも、受光面が大きくなるた
め、基準面の設定精度が低下する虞がある。従って、レ
ーザー光等の照射光の径を大きくするだけでは実用的な
解決手段にならない。

【００２２】そこで、出願人は特願平５−１０４５１０
号に記載するような基準平面設定装置を提案した。

【００２３】図４(ａ)は、この基準平面設定装置の光学
系の側面図であり、図４(ｂ)は上面図である。図４
(ａ)、(ｂ)を参照し、基準平面設定装置１０１は、発光
手段１０９とディスク１０２とを備えており、前記ディ
スク１０２は、図示しないモータを備えた回転手段によ
って回転軸線１０８を中心に回転させられる。前記発光
手段１０９は前記回転軸線１０８上に配置されており、
該発光手段１０９の射出するレーザー光１３１の光軸は
前記回転軸線１０８と一致するようにされている。

【００２４】前記ディスク１０２に前記回転軸線１０８
と交差する穴１０３が開けられており、該穴１０３上に
第１ビームスプリッタ１４１が配置され、その側方には
第２ビームスプリッタ１４２が配置されている。

【００２５】前記第１ビームスプリッタ１４１はハーフ
プリズムから構成されており、前記第２ビームスプリッ
タ１４２は３つの三角プリズムから構成されている。

【００２６】前記レーザ光１３１が前記穴１０３を介し
て前記第１ビームスプリッタ１４１に照射されると、レ
ーザ光１３１の１／２光量は反射され、レーザ光１３４
₀となって前記第２ビームスプリッタに照射され、残り
の半分（同１／２光量）は透過して、垂直レーザ光１３
２となって前記回転軸線１０８に沿って上方に照射され
る。

【００２７】前記レーザ光１３４₀が前記第２ビームス
プリッタ１４２に照射されると、その半分（同１／４光
量）は、該第２ビームスプリッタ１４２を透過して第１
水平レーザ光１３４₁となって、窓１１２₁から射出され
る。残りの半分は前記第２ビームスプリッタ１４２で反
射されて第２水平レーザ光１３４₂となって、窓１１２₂
から前記第１レーザ光１３４₁とは逆方向に射出され
る。

【００２８】そして、前記ディスク１０２が前記回転軸
線１０８の回りに回転すると、該ディスク１０２上に配
置された前記第１ビームスプリッタ１４１と前記第２ビ
ームスプリッタ１４２も回転し、前記第１水平レーザ光
１３４₁と前記第２水平レーザ光１３４₂も、前記回転軸
線１０８の回りに回転するので、前記回転軸線１０８を
鉛直に整準しておけば、前記２本のレーザ光１３４₁、
１３４₂とで、一つの水準面を設定することができる。

【００２９】図示のように、前記２本のレーザ光１３４
₁、１３４₂を使用すれば、同一測定点に入射する照射光
の単位時間当りの光量を増大させることができる。

【００３０】しかしながら、上記したような基準平面設
定装置１０１では、逆方向に向かう２本のレーザ光を形
成するために、第１ビームスプリッタ１４１と第２ビー
ムスプリッタ１４２との２つのビームスプリッタを必要
とする。

【００３１】しかも、前記第２ビームスプリッタ１４２
は、前記回転軸線１０８上に配置できないため、重心が
回転軸線上に位置せず、重量バランスが悪いためにスム
ーズな回転が得られないという不都合があった。このた
め、該ディスク１０２上に重量バランサーを固定して、
重量バランスを調整していたが、この調整作業は煩雑で
ある。

【００３２】また、前記ディスク１０２は、少なくとも
２つのビームスプリッタを配置できる大きさを必要とす
るので、装置の小型化にも一定の限界があった。

【００３３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来技術
の不利不便に鑑みて創作されたもので、２本の平行光線
束を射出できる小型の基準平面設定装置を提供すること
を課題とする。

【００３４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、一の直線と直角な平面に平行な第１平行
光線束と第２平行光線束とを射出し、前記第１平行光線
束と前記第２平行光線束とを前記一の直線を回転軸線と
して回転させて基準平面を設定する基準平面設定装置で
あって、一次平行光線束を発生する発光手段と、前記一
次平行光線束を前記第１平行光線束と前記第２平行光線
束に分割するビーム分割手段と、前記発光手段と前記ビ
ーム分割手段とを前記回転軸線を中心に同期回転させる
回転手段とを備えたものにおいて、前記発光手段と前記
ビーム分割手段とを前記回転軸線上に配置すると共に、
前記一次平行光線束は直線偏光光であり、前記ビーム分
割手段は、偏光ビームスプリット面と、1/4波長板と、
反射ミラーとを有しており、前記ビームスプリット面の
主軸は前記一次平行光線束の偏光面に対して４５°を成
し、前記ビームスプリット面に前記一次平行光線束が４
５°の角度で入射するように配置され、前記1/4波長板
の主軸は、前記ビームスプリット面を透過した直線偏光
光の偏光面に対して４５°を成すように配置され、前記
反射ミラーは、前記1/4波長板を透過した光を反射して
該1/4波長板に戻すように配置されたことを特徴とす
る。

【００３５】同じ光軸を有する２本の平行光線束を回転
軸線と直角な平面に平行に射出し、前記回転軸線が鉛直
になるように整準し、前記回転軸線を中心として前記２
本の平行光線束を回転させれば、前記２本の平行光線束
で一つの基準平面を張ることができる。

【００３６】前記発光手段と前記ビーム分割手段とを前
記回転軸線上に配置しておけば、重心が前記回転軸線上
に位置するので、前記回転を円滑に行なうことができ
る。

【００３７】更に、前記一次平行光線束に直線偏光光を
使用し、前記ビーム分割手段に、偏光ビームスプリット
面と、1/4波長板と、反射ミラーとを設け、該ビームス
プリット面の主軸が前記一次平行光線束の偏光面に対し
て４５°を成し、且つ、前記一次平行光線束が前記ビー
ムスプリット面に４５°の角度で入射するように配置
し、前記1/4波長板を、該1/4波長板の主軸が前記ビーム
スプリット面を透過した直線偏光光の偏光面に対して４
５°を成すように配置し、前記反射ミラーを、前記1/4
波長板を透過した光を反射して該1/4波長板に戻すよう
に配置すれば、少ない光学部品点数で前記２本の平行光
線束を作ることができる。

【００３８】

【発明の実施の形態】本発明の実施例を図面に基づいて
説明する。

【００３９】図１を参照し、２は基準平面設定装置であ
り、有底円筒６内に発光手段５が設けられており、該有
底円筒６の開口部１０にはビームスプリット手段１６が
設けられている。前記有底円筒６は、筺体８にベアリン
グ７を介して回転可能に保持されており、図示しないモ
ーターによって該有底円筒６の中心軸線を回転軸線９と
して回転し得るように構成されている。

【００４０】前記発光手段５は、レーザ発光ダイオード
３とコリメーションレンズ４とから成っており、前記レ
ーザ発光ダイオード３は、前記有底円筒６の底部の前記
回転軸線９と交差する位置に固定され、前記コリメーシ
ョンレンズ４は、前記有底円筒６内の、前記レーザ発光
ダイオード３と前記ビームスプリット手段１６との間に
配置されている。

【００４１】前記ビームスプリット手段１６は、偏光ビ
ームスプリッター１２と、1/4波長板１３と、反射ミラ
ー１４とから成っており、前記コリメーションレンズ４
は、前記レーザダイオード３の射出するレーザ光Ｌ'を
平行光とし、一次平行光線束Ｌ₀として前記偏光ビーム
スプリッター１２に照射するように構成されている。

【００４２】前記コリメーションレンズ４の中心と前記
レーザ発光ダイオード３の発光面の中心とは、前記回転
軸線９上に位置するように配置されているので、前記一
次平行光線束Ｌ₀の光軸１１は前記回転軸線９と一致す
る。また、前記レーザ光Ｌ'は直線偏光光であるので、
前記一次平行光線束Ｌ₀も直線偏光光となり、一定の偏
光面を有している。

【００４３】前記ビームスプリッター１２は、ビームス
プリット面１５を有しており、該ビームスプリット面１
５は、図２(ａ)に示すように、前記一次平行光線束Ｌ₀
が４５°の角度で入射するように配置されている。該ビ
ームスプリット面１５の主軸は、前記一次平行光線束Ｌ
₀の偏光面と４５°の角度を成すように配置されおり、
前記一次平行光線束Ｌ₀が前記ビームスプリット面１５
に照射されると、半分は反射されて第１平行光線束Ｌ₁
となり、残りの半分は透過されてビームスプリット面透
過光Ｍ₁となる。

【００４４】前記ビームスプリット面１５で前記一次平
行光線束Ｌ₀が反射される際、偏光面は４５°傾けられ
るので、前記第１平行光線束Ｌ₁の偏光面は前記ビーム
スプリット面１５の主軸と直角になる。また、前記一次
平行光線束Ｌ₀が透過される際、偏光面は前記第１平行
光線束とは逆向きに４５°傾けられるので、前記ビーム
スプリット面透過光Ｍ₁の偏光面は、前記ビームスプリ
ット面１５の主軸と平行になる。従って、偏光面を光の
進行方向を基準として見た場合、前記第１平行光線束Ｌ
₁の偏光面と前記ビームスプリット面透過光Ｍ₁の偏光面
とは互いに９０°の角度を成すことになる。

【００４５】また、前記ビームスプリット面透過光Ｍ₁
の光路上には、前記1/4波長板１３と前記反射ミラー１
４が順に配置されているので、前記ビームスプリット面
透過光Ｍ₁は前記1/4波長板１３に照射され、該1/4波長
板１３を透過して1/4波長板透過光Ｍ₂となって前記反射
ミラー１４に照射され、反射光Ｍ₃となる。前記ビーム
スプリット面透過光Ｍ₁は直線偏光光であるから、前記1
/4波長板透過光Ｍ₂と、前記反射光Ｍ₃とは円偏光光とな
る。

【００４６】なお、前記反射ミラー１４に替え、図２
(ｂ)のように、三角プリズム１８を使用することも可能
である。

【００４７】前記反射光Ｍ₃が前記1/4波長板１３の裏面
に照射されると、前記1/4波長板１３を透過して1/4波長
板再透過光Ｍ₄となる。前記反射光Ｍ₃は円偏光光である
ので、前記1/4波長板再透過光Ｍ₄は直線偏光光となる。
また、前記1/4波長板１３の主軸は、前記ビームスプリ
ット面透過光Ｍ₁の偏光面に対して４５°を成すように
配置されており、前記ビームスプリット面透過光Ｍ₁が
前記1/4波長板１３に照射され、該1/4波長板１３を表と
裏から２回透過して前記1/4波長板再透過光Ｍ₄となって
いるので、前記1/4波長板再透過光Ｍ₄の偏光面は前記ビ
ームスプリット面透過光Ｍ₁の偏光面から９０°傾けら
れている。その場合、前記ビームスプリット面透過光Ｍ
₁の偏光面は前記ビームスプリット面の主軸と平行にな
っているので、前記1/4波長板再透過光Ｍ₄の偏光面は前
記ビームスプリット面１５の主軸と直角になり、前記1/
4波長板再透過光Ｍ₄は前記ビームスプリット面１５で全
反射され、第２平行光線束Ｌ₂となる。従って、前記第
１平行光線束Ｌ₁と前記第２平行光線束Ｌ₂の光量は略等
しくなる。なお、前記第２平行光線束Ｌ₂の偏光面は、
前記第１平行光線束Ｌ₁の偏光面と平行になる。

【００４８】また、前記1/4波長板１３と前記反射ミラ
ー１４とは、前記一次平行光線束Ｌ₀の光軸１１と垂直
になるように配置されているので、前記ビームスプリッ
ト面透過光Ｍ₁と前記1/4波長板透過光Ｍ₂と前記反射光
Ｍ₃と前記1/4波長板再透過光Ｍ₄との光軸とは、前記一
次平行光線束Ｌ0の光軸１１と一致する。

【００４９】更に、前記ビームスプリット面１５は、前
記一次平行光線束Ｌ₀が４５°の角度で入射するように
配置されているので、前記1/4波長板再透過光Ｍ₄は、前
記ビームスプリット面１５の裏面に４５°の角度で入射
する。従って、前記第１平行光線束Ｌ₁と前記第２平行
光線束Ｌ₂の光軸同一であり、共に前記一次平行光線束
Ｌ₀の光軸１１(回転軸線９)と垂直に交差する。

【００５０】従って、前記基準平面設定装置２を整準し
て前記回転軸線９を鉛直にし、前記回転軸線９を中心に
前記有底円筒６を回転させれば、前記第１平行光線束Ｌ
₁と前記第２平行光線束Ｌ₂とで、一つの水準面を張るこ
とができる。

【００５１】その際、前記第１平行光線束Ｌ₁と前記第
２平行光線束Ｌ₂との光軸１７は前記回転軸線９と直角
に交差しているので、前記有底円筒６を一定速度で回転
させれば、測定点には一定周期でレーザスポットが作ら
れる。

【００５２】また、前記発光手段５と前記ビーム分割手
段１６とは前記回転軸線９上に位置しているので、該回
転軸線９上に重心が存し、前記有底円筒６の回転が円滑
である。

【００５３】但し、測定点に一定周期で平行光線束を入
射させるためには、前記発光手段５と前記ビーム分割手
段１６とは、必ずしも前記回転軸線９上に配置されてい
る必要はなく、前記第１平行光線束Ｌ₁と前記第２平行
光線束Ｌ₂との光軸が、前記回転軸線と交差していれば
よい。

【００５４】

【発明の効果】平行光線束を一本だけしか使用しない基
準平面設定装置に比べ、単位時間あたりに測定対象物に
平行光線束が照射される回数が２倍になり、測量作業の
能率が向上する。

【００５５】また、重心を回転軸線上に位置させること
ができるので、回転運動が円滑になり、少ない光学部品
で構成できるため、装置を小型にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明装置の一例

【図２】 その光学原理を説明するための図

【図３】 従来の基準平面設定装置の断面図

【図４】 従来の他の基準平面設定装置の光学系を示す
図

【符号の説明】

２……基準平面設定装置 ５……発光手段 ９……
回転軸線 １３……1/4波長板 １４……反射ミラー １５……偏光ビームスプリット面 １６……ビーム分
割手段 Ｌ₀……一次平行光線束 Ｌ₁……第１平行光線束 Ｌ₂……第２平行光線束

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一の直線と直角な平面に平行な第１平行光
   線束と第２平行光線束とを射出し、 前記第１平行光線束と前記第２平行光線束とを前記一の
   直線を回転軸線として回転させて基準平面を設定する基
   準平面設定装置であって、 一次平行光線束を発生する発光手段と、 前記一次平行光線束を前記第１平行光線束と前記第２平
   行光線束に分割するビーム分割手段と、 前記発光手段と前記ビーム分割手段とを前記回転軸線を
   中心に同期回転させる回転手段とを備えたものにおい
   て、 前記発光手段と前記ビーム分割手段とを前記回転軸線上
   に配置すると共に、 前記一次平行光線束は直線偏光光であり、 前記ビーム分割手段は、偏光ビームスプリット面と、1/
   4波長板と、反射ミラーとを有しており、 前記ビームスプリット面の主軸は前記一次平行光線束の
   偏光面に対して４５°を成し、前記ビームスプリット面
   に前記一次平行光線束が４５°の角度で入射するように
   配置され、 前記1/4波長板の主軸は、前記ビームスプリット面を透
   過した直線偏光光の偏光面に対して４５°を成すように
   配置され、 前記反射ミラーは、前記1/4波長板を透過した光を反射
   して該1/4波長板に戻すように配置されたことを特徴と
   する基準平面設定装置。