JPS6338913A - 偏向器 - Google Patents

偏向器

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JPS6338913A
JPS6338913A JP18307186A JP18307186A JPS6338913A JP S6338913 A JPS6338913 A JP S6338913A JP 18307186 A JP18307186 A JP 18307186A JP 18307186 A JP18307186 A JP 18307186A JP S6338913 A JPS6338913 A JP S6338913A
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JP
Japan
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angle
deflection
prisms
optical axis
deflector
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JP18307186A
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English (en)
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Kenichi Hayashida
建一 林田
Susumu Sato
進 佐藤
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KANTO SOKKI KK
TSUUDEN KK
Tsuden KK
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KANTO SOKKI KK
TSUUDEN KK
Tsuden KK
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (発明の技術分野) この発明は一組の偏角プリズムを用いた偏向器に関し、
特に簡単な動作で光ビームを任意の方向に自動的に偏角
可能な偏向器に関する。
(発明の技術的背景とその問題点) 最近のレーザ光線技術の発達はめざましいものがあり、
その光束の収束性、直進性の良さ等から土木測量等の分
野においても幅広く利用されるようになってきている。
例えば、周知のようにビル等の構造物の指定位置にマー
キングする場合には、その構造物に対してスケール等を
用いて行なっているが、このマーキング位置を正確に割
出して表示するためにレーザ光線が用いられている。
第6図はこのようなマーキングの分野に用いられている
レーザ光線の一例を示す概念図であり、構造物に対する
所定の位置にはレーザ光線発射装置9がマーキング面D
I’に向けて水平状態に設置され、このレーザ光線発射
装置9から、マーキング面DPの所定のマーキング位置
D1〜Onに照射するようにレーザ光線しか発射されて
いる。ところが、この所定のマーキング位置Di〜Dn
に照射させるためには、マーキング面DPとレーザ光線
発射装置苫9との距i?II及び構造物の傾斜度に従い
、まずマーキング面DI’とレーザ光線発射装置9との
関係を正確に設定し、しかる後に当該マーキング面DP
におけるマーキング位置D1〜Dnに照射させるための
レーザ光線りの角度をその都度演算にて求め、この求め
られた角度分ずつ、手動操作成いは電動装置により当該
レーザ光線発射装置9の向きを上下左右に微動させなけ
ればならず、当該演算処理及び操作が繁雑になるという
問題点があった。
また、上述のようなレーザ光線等の光ビームの利用分野
は単に土木、建築のソuり量分野に限られたものではな
く、幅広い分野で利用されるようになって来ているにも
拘らず、上述のように当該光ビームを任意の方向に迅速
かつ正確に偏角させる方法は存在せず、その利用を今−
歩推進し得ないという問題点があった。
(発明の目的) この発明は上述のような事情からなされたものであり、
この発明の目的は、簡単な入力操作で、レーザ光線等の
光ヒームを任意の方向に自動的に偏角可f正な偏向器を
提供することにある。
(発明の概要) この発明は入射光を任意方向に偏角させることかできる
偏向器に関し、同一頂角を有する2枚の偏角プリズムと
、上記各偏角プリズムを同一光軸上に近接させて対向さ
せると共に、上記各偏角プリズムをそれぞれ上記光軸を
中心軸として独立に回動させる2つの回動手段と、入力
データに基づき所定の演算を行ない上記回動手段をそれ
ぞれ駆動する:lJ fffl1手段とを具備したもの
であり、上記入力データに基づき上記各偏角プリズムを
それぞれ独立に回動させることにより、上記光軸上の入
射光を上記頂角相当の範囲内の任意方向に偏角させるこ
とができるようにしたものである。
(発明の実施例) まず、この発明における偏角方法の原理について説明す
ると、従来から光ビームを所定の方向に偏角させる手段
として偏角プリズムが知られている。この発明において
はこの偏角プリズムに看目し、同一の偏角プリズムを2
枚組合せて独立に回動させることにより上記目的を達成
−・j゛るようにしている。
第3図(A) は偏角プリズムの一例を示す断面図てあ
り、偏角プリズムP(ここでは光屈折率を15とする)
は、その頂角τに応じて固有の偏角δを有1ノでいる。
ここにおいて、第3図(A)  に示すように上記偏角
プリズムPの一面に対して垂直に入射する光ビームLは
、当該プリズム面に入射されて出力される際にその頂角
での半分たけ、屈折されるので、上記偏角プリズムPの
2枚を透過する入射光りは、最大て当該プリズムPの頂
角τ分だけ屈折されて出射されることになる。すなわち
、偏角プリズムの頂角でと1敗のプリズムに対する(偏
角δとの間には−1,1ジに次式か成り立つ。
δ=τ/2           ・・・・・・・・・
 (1)なお、上記(1)式は偏角プリズムPの光屈折
率によって当然異なって来る。
ここにおいて、当該偏角プリズムPをその入射光軸LO
を中心に回動させると、その照射面において、上記偏角
δ分だけ屈折されて照射された点Aと、当該入射光軸上
の点140とを結ぶ線分子rを半径とする円を描くこと
になる。
第3図(n)及び(C)は、上述のような固有の偏角δ
を有する偏角プリズムを2枚組合せて、光ビームLを所
望する方向に偏角させる方法を説明するための原理図で
あり、同図(B)は光軸LOに直交する方向から視た図
、同図(C)は光軸LOに沿った方向から視た図である
。第3図 (B)及び(C)に示すように、同一の偏角
プリズム[’ I 、 +12をその頂角をY軸(+)
方向に近接して2枚設りる(ここでは、偏角プリズムP
1を人1)]光側に配するものとする)。ここにおいて
、上ご己イ偏角フ゛1ノズムl’l、P2はそれぞれと
ちらの而を対向させてもよい。また、上記偏角プリズム
P1.P2間の四則は極力短かくするものとする。
このような−組の偏角プリズムPI、I’2をYIli
lllから互いに逆方向にそれぞれ角度α、−αだり回
動させると、当該偏角プリズムPI、l’2を透過する
光ビームLは、その回動角度に応じてYIIilllに
沿って一定の直線方向だけに偏角される合成偏角が得ら
れることが知ら′れている。
すなわち、第3図(C) に示すように、上記同一の2
枚の偏角プリズムPi、P2の各偏角方向がそれぞれY
軸(+)方向に一致した時(回動角α=−α=0)を起
点とし、この位置からこの一組の偏角プリズムPi、P
2をそれぞれ互いに逆方向に角度α、−αだけ回動させ
ると、当該偏角α、−αの左右方向(図示X iF+b
方向)の分力δ・sinα、δ・5in(−α)は互い
に打ち消しあって°O”となり、当該偏角α、−αの上
下方向(図示Y軸方向)の分力δ・cosα、δ・co
s(−α)だけが相加ってその合成偏角はY軸方向に 
2・δ・COSα となる。従フて、その回動角α(−
α)を変化させると、当該回動角αに応じて、偏角プリ
ズム固有の上記頂角τ相当角によって決まる最大偏角±
2δ(±で)の範囲内てY軸上の任意の位置に偏角させ
る合成偏角を得ることができる。
そこで、このような2枚−組の(混色プリズムPI、P
2を上述のように、それぞれ互いに逆方向に同角度α、
−αずつ回動させてYLIilh上に所望する偏角分だ
け偏角した光ビームを照射させ、しかる後に当該−組の
偏角プリズムI’1..P2を、その状態(両偏角プリ
ズムの開度2α)を保ったままそれぞれ同一方向に同一
角度ずつ連動させて回動させれば、所望する方向、所望
する位置に光ビームを照射できることになる。すなわち
、入射光を光1’1llLOに対して偏角2・δの半径
がなす円内の任意の位置に偏角させて先ビームを照射す
ることができるようになる。
第4図 (A)及び(B)は、同一の偏角δ(頂角で)
を有する偏角プリズムPI、P2を2枚組合せて成る偏
向器lを、上記第6図に示したレーザ光線による土木、
建築測量システムに適用した照射方法の一例を示す図で
あり、同図(A)は光軸LOに直交する方向から視た図
、同図(B)は光軸LOに沿った方向から視た図である
。第4図(A)及び([1)において、構造物に対する
所定位置に配設されたレーザ光線発射装置9の前面に、
その先軸LO上に上記偏向器1を配設し、この偏向器1
を操作することにより上記レーザ光線発射装置9から発
射したレーザ光線りを偏角させて、マーキング面DI’
の所定のマーキング位置D I−D nに順次照射させ
て行くようにしている。
そこで、この所定のマーキング位a D I ND n
のうち、例えはマーキング位置D7に照射させる方法に
ついて、以下に詳細に説明する。
第4図 (八)及び(B)  において、マーキング面
OPと偏向器1とのIli Iliを℃とし、構造物の
傾斜度を“0°゛、すなわち水平とする。また、マーキ
ング面DPにおけるマーキング位置D7の位置データ、
すなわち入射光が偏角されないで直進した場合にマーキ
ング面DPに照射する(光11idlLoの延長線上の
)点0を原点として、当該マーキング面DP上に想定し
た水平軸(X !Th1l )及び垂直軸(Y ’F−
I11)におけるマーキング位置D7の各座標値をx、
yとし、当該マーキング位置D7と上記原点Oとの距離
をr、当該マーキング位置D7と上記原点0とを結ぶ線
分がY軸となす角度をβとする。さらにまた、上記入射
光が当該偏向器1に用いられている4m角プリズムPi
(又はI’2)のA1−の偏角δだけにより、偏角され
て上記マーキング面OPに照射される点Al(又はA2
)を想定し、当該点Al(又は八2)と上記原点0との
距離をr「とする・ このような状態において、上記偏角プリズムPI、P2
をYilid+を起点としてそれぞれ図示Q方向及びそ
の逆方向にα、−α角回動させた時、当該1扁角プリズ
ムl’l、+12の合成イ偏角によりイ偏角されてY軸
上に照射された点ΔSと原点Oとの距1jjlt r”
と、上記マーキング位置D7と原点0との距σ!11r
とが等しくなるとすると、これらの間には以下のような
式か成り立つ。
rr=、Q・1an δ      ・・・・・・・・
・ (2)r=r7下77     ・・・・・・・・
・ (3)r =r”=rrHcos α+rr°co
s(−α)=2・rr ’ COS α    ・・・
・・・・・・ (4)ここにおいて、上記マーキング面
DPと偏向器1との距jijI112は、厳密には2枚
の偏角プリズム1’l、112間の距離により両偏角プ
リズムP1.I’2間で異なることになるが、実際には
この両偏角プリズムPl、P2間の距離は上述のように
非常に微小であり、上記マーキング面Df’と偏向器l
との距jj’J 11に比へると無視することができる
ものである。そこで、上記マーキング面DPと偏向器1
との距rf![は℃で近似することができる。
そして、上述のように偏角プリズムPL、P2をそれぞ
れα、=α角だけ回動して求めた照射点祁を、第4図(
B) に示すようにさらに図示Q方向にβ角だけ回動ず
れば、すなわち、上記(偏角プリズムI’l、P2を同
時に図示Q方向にβ角だ;づ回動ずれは、上記照射黒人
sは所望するマーキング位iij? D 7に達し、こ
れらの間にはさらに次式か成り立つ。
しanβ =−・・・・・・・・・  (5)そこで、
上記 (2)〜(4)式をまとめると、か得られ、また
上記 (5)式より β = jan−’  −苓−・・・・・・・・・  
(7)が求まる。
ここにおいて、上述の説明においては、上記同一の偏角
プリズムPi、P2を一度それぞれ互いに逆方向に同一
角度α(−α)だけ回動させた後、所定の位置まで当該
偏角プリズムPi、P2を同時に同一方向にβ角だけ回
動させる例を示したか、実際には以下のようにすればよ
い。
すなわち、上記レーザ光線りを偏角させて上記マーキン
グ面DPのマーキング位置D7に照射するためには、上
記(偏角プリズムP1.P2をY軸からそれぞれα+β
、−α+β角ずつ回動すればよいことになる。そこで、
上記偏角プリズム[’1をY軸から回動させる角度α1
は、αl=α+βとなり、上記偏角プリズムP2をY 
’lil+から回動させる角度α2は、α2=−α+β
となる。よって、上記 (6)及び(7)式より と求めることができる。ここにおいて、上記偏角プリズ
ムPi、P2の各回動角α1.α2はY・袖を起点とし
ている力釈その都度当該角度を記憶しておくと共に、当
該記憶しておいた角度をそれぞれ起点として求めるよう
にしてもよい。
そして、このような動作を繰返し、1111単な入力操
作(マーキング位置のx、yl事標値入力)たけで、所
望する全マーキング位置D1=Dnに照射させることか
できるようになる。
以上のような原理に基ついたこの発明の偏向器lの構造
及び作用について、以下に図面を参照しなから詳細に説
明する。
第1図(八)は、この発明の偏向器lの1111略構造
を示す光軸方向から見た正面外観図であり、同図([1
)はその両側面の下半分の半断面図である。
第1図(A)及び((1)において、設定範囲に合せた
任意の偏角量を有するl対の偏角プリズムPIJ’2は
それぞれプリズム枠11,12に嵌入されて固定されて
おり、このブリスム枠11.12は当該プリズムP1.
P2間を互いに近接して、外枠lO内にベアリング13
.14により回動自在に嵌合されており、上記プリズム
枠II、+2の外側(外枠lOの外側)にはそれぞれつ
オームギア21.22か固着されている。また、上記外
枠IOは支持台15により台板16上に支持されて固定
されている。
ここにおいて、第1図(II)に示すように偏角プリズ
ムP1及びP2は、たとえばそれぞれ光φ+I+に直角
な面を外側にして(非直角な面を対向させて)対向させ
られているものとし、また偏角プリズムP1を入射光側
、偏角プリズムP2を出射光側とする。
そして、ステッピングモータMl、M2も上記台板16
上に固定されており、このステッピングモータ!ill
、M2の各軸には、第1図(Δ)に示すように、それぞ
れ上記ウオームギア21,22の下方で当該つオームギ
ア21,22 と111!合するつオーム23.24が
軸着されている。そこで、上記ステッピングモータMl
、M2を回動させると、上記つオーム23,24及び上
記ウオームギア21,22を介して上記プリズム枠11
,12に嵌入された偏角プリズムPi、P2をそれぞれ
所定角度ずつ回動させることかできるようになっている
。ここにおいて、上記ステッピングモータM l 、 
!、! 2には周知のように誠&山車か内蔵されており
、その上に上記つ詞−ム23,24及びウオームギア2
1,22を介して上記偏角プリズムI’1.P2を回動
するようになっているので、当該駆動機構を用いれば非
常に微小角度ずつ、且つ正確に回動でざるようになる。
また、このステッピングモータ旧、M2は、後述する制
御装置3により所定角度ずつ独立に回動できるように制
御されている。
第2図(Δ)は、上記ステッピングモータMl、M2を
駆動して上記偏向器1により入射光を所望する位置に偏
角させて照射させる制イJO装首3の概略を示すブロッ
ク構成図である。
第2図(A)において、35は上記各種データを入力す
るキーボード等から成る入力手段であり、30はcpu
、 nΔM、 ROM等から成る演算回路であり、上記
入力手段35から既知のデータX。
y、x、  δが入力されると、後述するようにして上
記(1)及び(8)式を演算してαl及びα2を求める
。31及び32は上記演算回路307″演算されたαl
及びα2に基づき、上記ステッピングモータMl及びM
2をそれぞれ所定角度だけ回動するためのパルスを発す
る駆動回路である。そして、33及び34は上記演算回
路30で演算されたαl及びα2をその都度更新して記
憶しておくメモリであり、それぞれ常時上記ステッピン
グモータMl及びM2の回動ユ、すなわち上記偏角プリ
ズムP1及びP2の位置を更新して記憶している。ここ
において、上述のように、原理説明においてはY軸を起
点として上記偏角プリズムPI、P2の各回動角度を算
出したが、このメモリ33.34にそれぞれその都度記
憶されている角度αl、α2を起点とするようにして回
動すべき角度を演算し、上記ステッピングモータMl、
M2を駆動するようにしてもよい。
また、第2図(8)は上記演算回2830における演算
の概略過程を示すブロック図である。第2図([11に
おいて、上記入力手段35から偏角プリズムPI、P2
の偏角δ、偏向器1とマーキング而DPとの距Hp及び
マーキング位2D7のx、y座標値が入力されると、 演算回路30は、まずr tan δ」を演算し、λを
基に「2・It −tan δ」を演算する。また、x
、yを基に’X2J 、  ’y2Jを(ii算し、「
x2+y2」を演算した後「F77下77」をマリ1算
する。
た後、上記(8)式に従い、求める角度を演算して駆動
回路:+1,32及びメモリ:13,34に出力する。
なお、上述の実施例においては、この発明の偏向器1及
びレーザ光線発射装部9と、マーキング位置とが同一平
面上で、且つ同一直線上にあろ例を示したが、実際の現
場等においては必ずしも同一平面上又は同一直線上には
設置できる訳ではない。
第5図(A)乃至(C)はこのような設置条件に15け
る使用方法を説明するための図であり、同図(八)は、
例えば構造物が途中で水平方向に屈曲している場合を説
明するための図である。第5図(A)において、図示し
ないレーザ光線発射装置から発射された光ビームLを当
該構造物の形状に沿って屈曲させなりればならない位置
に、その先軸を一致させて上記偏向器1を設置し、当該
偏向器1により、まず上述のようにして光軸LO’ を
当該構造物の形状に沿うように屈折させる。そして、こ
の先QqhLO°を基準線として上述のように入射光を
屈折させれば、マーキング面DPの所望する位置を指示
することができる。
また、第5図(B)は、構造物が垂直方向に屈曲して傾
斜している場合を示す図であり、この場合も同様にその
屈曲位置に上記偏向器1を設置するようにし、その光軸
LO“を::’に造物の傾斜に合せて屈折させるように
ずれはよい。さらにまた、上記第5図(1”l)  に
示した水平方向と同図([1) に示した垂直方向との
両方向に屈曲している場合も、同様にして対応できるこ
とは言うまでもない。
そして、第5図(C)  に示すように、構造物か同一
平面上で曲線状に湾曲している場合には、図示のように
上記光ビームLが直進できなくな。
る位置毎に上記偏向器101.102を設置し、複数の
屈曲した光’R1+ L l 、 +、2を設定するよ
うにし、上述のようにしてマーキング面DIIの所定の
位置を1旨示するようにすればよい。
なお、上述の実施例においては、この発明の偏向器の一
使用方法の例としてレーザ光線発射装置と組合せて土木
、建築の測量分野に応用する例を示したが、これに限ら
れたものではなく、光ビームを任意の方向に偏角して照
射する用途には全て適用できるものでる。
また、上記偏向器の各偏角プリズムPi、P2を手動に
て回動させて測定したい位置に照射させ、当該各回動角
度から逆算して上記位置の座標値(距離)を求めるよう
にすれば、測定器としても用いることができる。
(発明の効果) 以上のようにこの発明の偏向器を用いれば、上述のよう
な当該偏角プリズムPI、P2の固有データ(偏角)δ
、当該偏向器1と照射面DPとの距丑1及び照射面DP
における照射位置DI−Onの各x、y座標値を入力す
るだけの簡A1な操作で、レーザ光線等の光ビームを自
動的に指定する位置に照射させることができ、幅広い分
野に応用することができる。
【図面の簡単な説明】
第1区内及び([1)はこの発明の偏向器の構造の一実
施例を示す外観図並びに断面図、第2図(△)及び(B
)はこの発明の偏向器の制御装置の概略を示すブロック
構成図及びその動作図、第3図 (八)乃至(C)はこ
の発明の詳細な説明するための図、第4図 (Δ)及び
(B)はこの発明の偏向器の土木、建築測量分野への応
用例を説明するための図、第5図 (Δ)乃至(C)は
この発明の他の応用例を説明するための図、第6図は従
来の構造物のマーキング作業の概要を説明するための図
である。 1.101,102・・・偏向器、3・・・制御装置、
9・・・レーザ光線発射装置、10・・・外枠、11.
12・・・プリズム枠、13.14・・・ベアリング、
15・・・支持台、16・・・台板、21.22・・・
ウォームキア、23.24・・・つオーム、30・・・
演算回路、31.32・・・駆動回路、33.:E・・
・メモリ、〕5・・・入力手段、LO,LOo、1.、
l、L2・・・光φ山、Ml、M2・・・ス、チッピン
グモータ、l”、PL、P2・・・偏角プリズム、δ・
・・偏角、τ・・・頂角。 出願人代理人  安 形 雄 三 (A) (B) 第4圓 (A) (B) (C) 第5 回 某6 図 手続補正書     6゜ 特許庁長官 黒 1)明 l1II  殿1、事件の表
示 昭和61年特許願第183071号 2、発明の名称 光屈折機 3、補正をする者 事件との関係  特許出願人 株式会社ツーデン (ばか1名) ・1代理人 一Φ ] 細書の「特許請求の範囲」、「発明の、詳細な■ 補正の内容 (1)本願発明の名称を「光屈折機」と訂正する。 (2)本願特許請求の範囲を下記の通り訂正する。 「特許請求の範囲 同一頂角を有する2枚の偏角プリズム と、前記各偏角プリズムを同一光軸上に接近させて対向
させると共に、前記各偏角プリズムをそれぞれ前記光軸
を中心軸として独立に回動させる2つの回動手段と、入
力データに基づき所定の1寅算を行ない前記回動手段を
それぞれ駆動する制御手段とを具備し、前記入力データ
に基づき前記偏角プリズムをそれぞれ独立に回動させる
ことにより、前記光軸上の入射光を前記頂角相当の範囲
内の任意方向に偏角させることができることを特徴とす
る光屈折機。」 (3)明細書、第1頁最下行乃至第2頁第1行、第2頁
第2行、第4頁第3行及び第7行、第8頁第20行、第
9頁第7行、第8行及び第17行、第10頁第8行、第
11頁第6行、第11行及び第13行、第14頁第8行
乃至第9行及び第11行、第16頁第12行、第17頁
第20行、第18頁第19行、第19頁第11行、第1
2行及び第20行、第20貫第10行、第15行及び第
20行、第21頁第6行、第8行、第15行及び第17
行、第21頁第6行、第8行、第15行及び第17行、
第22頁第7行にそれぞれ「偏向器」とあるをそれぞれ
「光屈折機」と補正する。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 同一頂角を有する2枚の偏角プリズムと、前記各偏角プ
    リズムを同一光軸上に近接させて対向させると共に、前
    記各偏角プリズムをそれぞれ前記光軸を中心軸として独
    立に回動させる2つの回動手段と、入力データに基づき
    所定の演算を行ない前記回動手段をそれぞれ駆動する制
    御手段とを具備し、前記入力データに基づき前記偏角プ
    リズムをそれぞれ独立に回動させることにより、前記光
    軸上の入射光を前記頂角相当の範囲内の任意方向に偏角
    させることができることを特徴とする偏向器。
JP18307186A 1986-08-04 1986-08-04 偏向器 Pending JPS6338913A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01212519A (ja) * 1988-02-22 1989-08-25 Hitachi Heating Appliance Co Ltd 炊飯器
US9889522B2 (en) 2014-02-25 2018-02-13 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Laser processing system

Cited By (2)

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