(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性と任意の屈折率を具備した熱可塑性合成樹脂素材を用いて射出成形手段により形成した凹面コーンレンズ主体(1)と、前記凹面コーンレンズ主体(1)の円錐凹部(3)の内面に形成した反射膜(9)とを備え、反射膜(9)と凹面コーンレンズ主体(1)との密着境界面を反射面(8)として形成し、
取付フランジ部(2)と、通常の型抜き勾配角度よりも大きい勾配角度で形成されるテーパー出射周面を形成した出射部(6)を備えてなる基準用レーザビームライン照射用の合成樹脂製凹面コーンレンズにおいて、
円錐凹部(3)は、前記熱可塑性合成樹脂素材の屈折率と前記テーパー出射面の勾配角度を条件として出射周面から中心軸線(4)に対し直角となる方向へ出射する頂角を有することを特徴とする基準用レーザビームライン照射のための合成樹脂製凹面コーンレンズ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として工事現場の構造物、構築物の水平度、垂直度の設定、確認、或いは、天井、床の水平設定或は部屋のレイアウトや間仕切り設定等をする場合の、水平又は鉛直方向の基準ラインを照射するところの墨出し用レーザ装置等の照射機能部に組込み使用する基準用レーザライン照射のための合成樹脂製凹面コーンレンズの改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
合成樹脂製凹面コーンレンズについては、本願出願人が先に出願し公開された特開2000-18946号公報に記載の反射鏡（以下、該反射鏡と同義語として凹面コーンレンズという）が公知になっている。
【０００３】
この本願出願人が出願公知とした凹面コーンレンズは、主として墨出し用レーザ装置等の照射機能部に組込み使用するものであり、当該出願以前から公知の、凸形の通称コーンレンズ又はコーンの頂部を切除した截頭コーンレンズに変わるものとして、或いは実公平４−２２９４３号公報、特開平６−２９７３５０号公報等により公知の、半導体レーザを光源として使用する墨出し用レーザ装置の照射機構部品として、精度、製作、コスト面において最適品を提供することを目的として発明されたものであった。
【０００４】
すなわち、前記当該出願前の公知技術の問題点は、前記特開2000-18946号公報に記載しているように概ね三点あり、その第一は、コーンレンズや截頭円錐コーンレンズについては、その構成上レーザ光線を円錐コーンの角頂点に一致させて金属蒸着した円錐表面を反射面(8)としてその周囲へレーザ光線を反射させるレンズの製作において、高い製作精度並びに面粗度を確保することが要求されることから、量産による製作コストの低廉化が達成できないことにあった。
【０００５】
第二は、実公平４−２２９４３号公報記載の墨出しレーザ装置が、レーザ管（アルミニウムからなる筒状の保護管内に配設されるヘリウムガスレーザ式１mＷ直進偏向型）を、ジャイロで自動鉛直になるように支持し、このレーザ管をヘッドに垂設した風防内に配設し、風防にはレーザ管の保護管を固定するためのねじ込み式の固定具の複数を設けた構成となっているため、レーザ管の妄動を阻止することはできるが、電源接続とは別に複数の固定具をそれぞれ回転操作しなければならないので、その作業が非常に面倒となることにあった。
【０００６】
第三は、特開平６−２９７３５０号公報等に記載の墨出し装置においては、レーザ照射装置を支持する重錘状に枢支された支持体がフリーの状態にあるため、装置の運搬、現場への搬送、現場での場所移動時等において、レーザ照射装置がカバー内壁や支柱に衝突してこれらが損傷されたり枢支部が損傷して、鉛直又は水平な墨出しレベルラインの照射に狂いを生じる点であった。
【０００７】
本願出願人が先に出願し公開された特開2000-18946号公報に記載の発明は、これらの問題点を解決するものであって、その特許請求の範囲及び発明の詳細な説明に記載しているように、透光性部材として、ガラス硝材、ポリカーボネイト樹脂、ポリスチレン樹脂等を用い、ガラス硝材はプレス金型加工により、アクリル樹脂、ポリカーボネイト樹脂は、円錐凹部の開口面を割型の分割ラインとするとともに、反射に支障のない周面の一部をゲートとした金型を用いて射出成形手段で製作した凹面コーンレンズは、前記透光性部材からなる中実柱状体の一端面に、頂角が９０度±２０秒の精度であってその頂部を中実柱状体の中心線に一致させて円錐凹部を形成し、該円錐凹部の内面に反射膜を蒸着手段等により形成して、反射膜と円錐凹部内面との境界面を反射面とし、前記中心線上を通って他端面から入射した光線を、中心線と直交する全方位へ反射するようにした構成としたものであった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが上記改良に係る特開2000-18946号公報に記載の発明のように、凹面コーンレンズの頂角を９０度又は９０度（±２０秒）の高い精度範囲とした場合、素材がガラス硝材の場合と、素材が前記熱可塑性部材であってレーザビームの反射領域が部屋の間仕切り等の基準ラインのように比較的狭い領域の場合には、誤差も極めて少なく、量産も可能で、安価に提供でき、しかも極めて実用的にも優れ、また墨出し用レーザ装置を含む各種のレーザ照射装置において使用することができるものであるが、凹面コーンレンズが後者の熱可塑性部材からなる場合には、基準用レーザライン照射の正確性が確保できず、不良品が出ること及び量産による製作コスト面でのメリットを充分に享受できていない点に解決すべき課題のあることが判明した。
【０００９】
このような事態の発生原因について各種要因を考察した結果、それは墨出し用レーザ装置を含む各種のレーザ照射装置において使用する凹面コーンレンズが、寸法的に直径及び長さが１０mm前後の小寸であることから、射出成形時における型抜き勾配角度（テーパー）が極めて小さく、素材としてガラス硝材を用いて製作する場合と同様、凹面コーンレンズの頂角を９０度（±２０秒）の範囲でカバーできると判断をしたことに伴うものであって、ガラス硝材と熱可塑性合成樹脂の屈折率の違いを重視しなかったこと、さらに型抜き勾配角度が極めて小さいがために、出射面となるテーパー面が型抜き時に損傷され、要求される高い面粗度が得られない場合が発生することに大きな要因があることが判明した。
【００１０】
また、凹面コーンレンズの頂角を９０度（±２０秒）或いはより以上の精度とするための、極めて小さい角度の型抜き勾配を確保する成形金型の製作は、型製作コストの高騰を招き、さらに射出成形作業時における慎重な型抜き作業が要求されることから、量産性とこれによるコストの低廉化を凹面コーンレンズの製作に反映させ得ない点も問題であることが判明した。
【００１１】
本発明は、上記改良に係る特開2000-18946号公報に記載の発明において判明した未解決課題の要因を解消して、凹面コーンレンズが熱可塑性部材からなる場合においても、基準用レーザライン照射の正確性の確保と不良品の発生の防止ができ、また量産による製作コスト面でのメリットを充分に享受できるところの、基準用レーザライン照射のための合成樹脂製凹面コーンレンズを安価に提供することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、透光性と任意の屈折率を具備した熱可塑性合成樹脂素材を用いて射出成形手段により形成した凹面コーンレンズ主体(1)と、前記凹面コーンレンズ主体(1)の円錐凹部(3)の内面に形成した反射膜(9)とを備え、反射膜(9)と凹面コーンレンズ主体(1)との密着境界面を反射面(8)として形成し、取付フランジ部(2)と、通常の型抜き勾配角度よりも大きい勾配角度で形成されるテーパー出射周面を形成した出射部(6)を備えてなる基準用レーザビームライン照射用の合成樹脂製凹面コーンレンズにおいて、円錐凹部(3)は、前記熱可塑性合成樹脂素材の屈折率と前記テーパー出射面の勾配角度を条件として出射周面から中心軸線(4)に対し直角となる方向へ出射する頂角を有することを特徴とする基準用レーザビームライン照射のための合成樹脂製凹面コーンレンズを要旨する。
【００１３】
【発明の効果】
上記のように構成した本発明に係る基準用レーザライン照射のための合成樹脂製凹面コーンレンズは、透光性と任意の屈折率を具備した熱可塑性合成樹脂素材を用いて射出成形手段により形成した凹面コーンレンズ主体(1)と、前記凹面コーンレンズ主体(1)の円錐凹部(3)の内面に形成した反射膜(9)とを備え、反射膜(9)と凹面コーンレンズ主体(1)との密着境界面を反射面(8)として形成し、取付フランジ部(2)と、通常の型抜き勾配角度よりも大きい勾配角度で形成されるテーパー出射周面を形成した出射部(6)を備えてなる基準用レーザビームライン照射用の合成樹脂製凹面コーンレンズにおいて、円錐凹部(3)は、前記熱可塑性合成樹脂素材の屈折率と前記テーパー出射面の勾配角度を条件として出射周面から中心軸線(4)に対し直角となる方向へ出射する頂角を有することを特徴とする基準用レーザビームライン照射のための合成樹脂製凹面コーンレンズとしたことから、改良に係る特開2000-18946号公報に記載の発明において判明した未解決課題の要因が解消され、凹面コーンレンズが熱可塑性部材からなる場合においても、基準用レーザライン照射の正確性の確保と不良品の発生の防止ができ、また量産による製作コスト面でのメリットを充分に享受できるところの、基準用レーザライン照射のための合成樹脂製凹面コーンレンズを安価に提供することができるようになる。
【００１４】
さらに詳しくは、凹面コーンレンズ主体(1)の円錐凹部(3)の頂角を、凹面コーンレンズ主体(1)の素材として使用する熱可塑性合成樹脂素材の既知の屈折率と、通常の型抜き勾配角度よりも大きく設定した抜き角度とにより決定することができ、成形した凹面コーンレンズ主体(1)の離型が、特に慎重な型抜き作業をしなくても出射部(6)に損傷を与えることなく、また面粗さを確保した状態としてレーザビームの出射方向の精度が確保でき、また凹面コーンレンズ主体(1)の製作が能率良く実施できるようになる。
【００１５】
また前記決定され成形した凹面コーンレンズ主体(1)の円錐凹部(3)の頂角も、使用部材の屈折率を条件として設定されたものであるから、中心軸線(4)と平行に入射したレーザビームを、面粗さが確保されテーパーに形成された出射部(6)から、中心軸線(4)に対して90度に限りなく近い極めて少ない精度誤差のもとに、中心軸線(4)に対して直角方向へ正確且つ極めて高い精度範囲内（90度±30秒以下）で出射できるものとすることができる。
【００１６】
しかも、凹面コーンレンズ主体(1)の成形型は、前記通常の型抜き勾配角度よりも大きい抜き角度とするとともに、これと屈折率との関係において凹面コーンレンズ主体(1)の円錐凹部(3)を頂角とすることから、加工精度の極めて高い成形型を比較的安価に製作することができる。
【００１７】
勿論、先の出願と同様、円錐凹部(3)の内面にアルミ蒸着した反射膜(9)の厚みにムラがあってもこれには関係なく、円錐凹部(3)の内面精度を高くすればするほど精度の高い反射面(8)（反射強度の比が25〜80（Re＝0.05〜0.8μm）をいう）を容易に形成できることが堅持され、レーザビームの出射による正確な基準用レーザラインの直線性を確保することができる。
【００１８】
なお、パーティングラインは、円錐凹部(3)の頂点の外壁部の外周位置としても、また円錐凹部(3)の開口側としても製作可能であることから選択的に記載したものであって、特に凹面コーンレンズ主体(1)が円柱体状（取付けフランジ部(2)や位置決め突起(3)等を設けない形態）とした場合には、図４を参考にすれば明らかなように、中心に保持穴(20a)を貫通させた略四角柱のアルミ製のヘッド主体(20)に装着した半導体レーザ光源(21)からのレーザビームは、集光レンズ系(23)に照射するようにレーザ照射装置等に装備した鏡保持筒(24)の先端部の熱可塑性合成樹脂製の凹面コーンレンズ(M)の反射面(8)に入射し、出射部(6)の周面のテーパーの方向は、円錐凹部(3)の開口側が細径であっても、保持固定部側が細径であっても、本発明の目的は達成されることによる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
及び
【実施例】
（実施例）
本発明に係る合成樹脂製凹面コーンレンズの実施例を説明すると、図１は凹面コーンレンズ(M)の拡大正面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図、図３はレーザビームの入射と反射及び出射を示す説明図であって、透光性部材として光透過率に優れ、屈折率Ｎが1.5279のメタアクリル樹脂（ゼオネックス（商標）樹脂）部材を使用し、
射出成形手段により形成した凹面コーンレンズ主体(1)は、直径10mm（加工精度＋0，−0.02）、厚み3mm、支持に支障がある場合には削除されるが無い場合は不要な手間を省くため残されるゲート部(10)のある取付けフランジ部(2)と、該取付けフランジ部(2)の中心軸線(4)を同一として形成した入射端面(5)、該入射端面(5)の反対側であってその中心軸線(4)の方向に、長さ5mm、取付けフランジ部(2)側となる根元が直径9mm（加工精度＋0,-0.02）、抜き勾配εを３度（テーパー角６度）の先細として一体に成形した出射部(6)、該出射部(6)の先細側中心に、深さ0.5mmのキャップ用穴部(7)に続いて形成した深さ3.56mm、頂角がＣ度の円錐凹部(3)を、該円錐凹部(3)の内面と前記出射部(6)の周面及び前記入射端面(5)のそれぞれの面粗さを0.05μm以下に形成されている。
【００２０】
そして前記凹面コーンレンズ主体(1)の円錐凹部(3)の内面には、アルミ蒸着によって反射膜(9)を形成し、該反射膜(9)と円錐凹部(3)の内面との境界面を、反射強度の比が25〜80（Re＝0.05〜0.8μm）の反射面(8)を形成し、前記凹面コーンレンズ主体(1)の先端部を脱着自在に被冠する場合には、凹面コーンレンズ(M)の外周面に損傷を与えることのない合成樹脂かゴム部材から構成され、キャップ用穴部(7)に嵌る嵌入蓋部(7a)と外径先端部を被冠する冠帽部(7b)を備えたキャップ(26)を具備させ（図４参照）、反射膜(9)を保護するようにして耐久性を向上させることが好ましい。
なお、入射角が45度以下の場合は全反射するから反射膜(9)を形成する必要は無く、一層、製作コストの低廉化を図ることができる。
【００２１】
上記のように形成した凹面コーンレンズ(M)は、凹面コーンレンズ主体(1)の円錐凹部(3)の頂角をＣ、使用素材の屈折率をＮ＝1.5279として、出射方向を中心軸線(4)に対して直角な直角線(4a)として出射部(6)の周囲へ出射するために、出射部(6)の型抜き角度をε＝３度、反射面(8)に対する入射角度（反射角度）がγ度、該反射方向線と出射部(6)の周面に対する垂線(4b)との挟み角をθ1、前記垂線(4b)と出射方向との挟み角をθ2、入射ラインと反射ラインの挟角をβとした場合、
Ｎ＝sinθ2／sinθ1    sinθ1＝sinθ2／Ｎ
β＝90＋θ2−θ1      γ＝(180−β)／２
ε＝θ2
が成立し、Ｃ＝180−β＝２γで求めれば、Ｃ＝88.96297度となり、成形型において円錐凹部(3)の頂角が88.96297度となるように円錐コーン型として高い精度に加工することにより、入射したレーザビームを正確に中心軸線(4)に対し直角（90度±20秒の精度範囲）となる方向へ出射して、基準用レーザラインを照射することができる。
【００２２】
なお上記実施例においては、光透過率に優れ、屈折率Ｎが1.5279のメタアクリル樹脂（ゼオネックス（商標）樹脂）部材を使用した場合について説明したが、透光性部材として、ポリカーボネイト樹脂、ポリスチレン樹脂、その他パラペット（商標）樹脂、アートン（商標）樹脂等を使用する場合もあり、出射部(6)の型抜き角度ε＝３度とし、それぞれの屈折率Ｎを既知数として、円錐凹部(3)の頂角Ｎを決定して射出成形手段により製作する。
【００２３】
また合成樹脂製凹面コーンレンズとして、透光性部材として光透過率に優れ、射出成形の可能な熱可塑性合成樹脂を使用しているが、これを透光性部材として光透過率に優れ、射出成形可能な熱硬化性樹脂に置換した場合においても、その屈折率を考慮して合成樹脂製凹面コーンレンズとすることにより、熱可塑性合成樹脂の場合と同様の作用効果が得られる。
【００２４】
また上記合成樹脂製凹面コーンレンズ(M)は、該凹面コーンレンズ(M)は、凹面コーンレンズ主体(1)をガラス硝材とする場合の構成としても同様の作用効果が得られるものであるが、熱可塑性合成樹脂製の凹面コーンレンズ(M)に比べ、製作コスト面において高価となり、また破損し易いことから、実用性においては合成樹脂製の凹面コーンレンズ(M)を使用することが好ましい。
【００２５】
次に前記熱可塑性合成樹脂製の凹面コーンレンズ(M)の用途は、本願出願人が先に出願し公開された特開2000-18946号公報に記載の反射鏡と同様であることから、前記熱可塑性合成樹脂製の凹面コーンレンズ(M)を装備したレーザ照射装置を略図的に示して簡単に説明することに止めるものとする。
【００２６】
図４は水平二軸方向の水平制御するようにしたテーブル（図示せず）に装備されて鉛直方向周囲へ基準ラインを照射するレーザ照射装置の照射ヘッドの組立状態断面略図であって、略四角柱の中心に保持穴(20a)を貫通させたアルミ製のヘッド主体(20)と、該ヘッド主体(20)の一端に装着される波長635nm の可視光半導体レーザを使用した半導体レーザ光源(21)、ヘッド主体(20)内の中間位置に装着されるレンズ保持筒(22)とこれに支持され半導体レーザ光源(21)から放射されるレーザ光線を絞り平行光線とする機能を具備する集光レンズ系(23)、ヘッド主体(20)の他端部に装着される鏡保持筒(24)、該鏡保持筒(24)の先端部に装着保持される熱可塑性合成樹脂製の凹面コーンレンズ(M)及びキャップ(26)とから構成したものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例に係る凹面コーンレンズ(M)の拡大正面図。
【図２】  図１のＡ−Ａ線断面図。
【図３】  一部を省略して示した、レーザビームの入射と反射及び出射の関係を示す説明図。
【図４】  本発明の実施例に係る凹面コーンレンズ(M)を用いたレーザ照射装置の組立状態断面略図。
【符号の説明】
(M)      凹面コーンレンズ
(1)      凹面コーンレンズ主体
(2)      取付けフランジ
(3)      円錐凹部
(4)      中心軸線
(4a)     直角線
(4b)     勾配面への垂線
(5)      入射端面
(6)      出射部
(7)      キャップ用穴部
(7a)     嵌入蓋部
(7b)     冠帽部
(8)      反射面
(9)      反射膜
(10)     ゲート部
(20)     ヘッド主体
(20a)    保持穴
(21)     半導体レーザ光源
(22)     レンズ保持筒
(23)     集光レンズ系
(24)     鏡保持筒
(26)     キャップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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