(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されたレーザビームの光路上に配置された略平板状の第１および第２透明部材と、
前記第１および第２透明部材によってその両開口縁が封止された筒状の弾性部材と、
前記弾性部材内に液体が充填されることにより形成された液層と、
前記第１および第２透明部材を保持する鏡筒と、
この鏡筒に保持された前記第１および第２透明部材の相対的傾斜角を、平行を含む範囲で調整可能とする調整機構と、
前記鏡筒の水平面に対する傾斜角を検出するレベル検知器と、
前記第１および第２透明部材を透過したレーザビームを２以上のレーザビームに分割するビーム分割手段と、
前記ビーム分割手段によって分割されたレーザビームのうちの１つを集光する集光レンズと、
前記集光レンズの焦点面上に配置され、前記集光レンズによって集光されたレーザビームの入射位置を検知する光位置検出手段と、
前記レベル検知器によって検出された前記傾斜角の大きさに応じて前記調整機構を制御し、前記第１透明部材と前記第２透明部材のなす角の大きさを調整するとともに、前記第１透明部材と前記第２透明部材のなす角の大きさを前記光位置検出手段に入射した前記レーザビームの入射位置の変化量に基づいて算出する制御手段と
を備えるレーザ測量装置。
【請求項２】
前記弾性部材は蛇腹状の形状を有している
請求項１記載のレーザ測量装置。
【請求項３】
前記液層を形成する液体はシリコーンオイルである
請求項１記載のレーザ測量装置
【請求項４】
レーザ光源と、
このレーザビームのビーム軸を中心として回転可能に鏡筒内に保持されるとともに前記レーザ光源から出射されたレーザビームを透過する第１楔ガラスと、
前記レーザビームのビーム軸を中心として回転可能に鏡筒内に保持されるとともに前記第１楔ガラスを透過したレーザビームを透過する第２楔ガラスと、
前記鏡筒に保持された前記第１および第２楔ガラスを回転させる回転機構と、
前記鏡筒の水平面に対する傾斜角を検出するレベル検知器と、
前記第１および第２楔ガラスを透過したレーザビームを２以上のレーザビームに分割するビーム分割手段と、
前記ビーム分割手段によって分割されたレーザビームのうちの１つを集光する集光レンズと、
前記集光レンズの焦点面上に配置され、前記集光レンズによって集光されたレーザビームの入射位置を検知する光位置検出手段と、
前記レベル検知器によって検出された前記傾斜角の大きさと前記光位置検出手段に入射した前記レーザビームの入射位置の変化量とに応じて前記回転機構を制御し、前記第１および第２楔ガラスを透過するレーザビームの出射方向を調整する制御手段と
を備えるレーザ測量装置。
【請求項５】
前記ビーム分割手段は入射光の一部を透過するとともに残りを反射するビームスプリッタである
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のレーザ測量装置。
【請求項６】
前記光位置検出手段は２次元ポジション・センシティブ・ディテクタ（ＰＳＤ）である
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のレーザ測量装置。
【請求項７】
前記ビーム分割手段によって分割されたレーザビームの他の１つを９０゜偏向する反射部材と、
前記反射部材を回転させることによりこの反射部材によって偏向されたレーザビームの出射方向を一定平面内で回転させる回転手段と
をさらに備える請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のレーザ測量装置。
【請求項８】
前記反射部材はペンタプリズムである
請求項７に記載のレーザ測量装置。
【請求項９】
前記レベル検知器によって検出される傾斜角は前記ビーム分割手段によって分割されて前記反射部材に入射するレーザビームのビーム軸の鉛直に対する傾きに対応する
請求項７又は８に記載のレーザ測量装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザビームによる基準線を所定の面に対して水平方向または垂直方向に投射するレーザ測量装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、土木、建築などの分野では、水平線や垂直線の墨出しを行うためのレーザ測量装置（いわゆるレーザプレーナ）が使用されている。このレーザ装置はレーザ光を出射する投光部を回転させてこのレーザ光を周方向に走査し、レーザ光の軌跡によって壁面などの被投射面に垂直または水平方向の基準線を投射するものである。
【０００３】
図１２は、従来のレーザ測量装置の構成を示す断面図である。この図１２は、水平方向へのレーザ光走査を行うためにレーザ測量装置を鉛直方向に立てた状態を示している。ハウジング８１内に納められた鏡筒８２は、レーザ測量装置の中心軸に沿ってその全体を貫通する中空のレーザ光光路８２ｂとこのレーザ光光路８２ｂから直角に分岐した中空のレーザ光光路８２ａとから構成されている。レーザ光光路８２ａ内には、その端面側からレーザダイオード８３，コリメータレンズユニット１０４，アナモプリズム８４が固定されている。そして、レーザ光光路８２ａおよび８２ｂの交点には、直角プリズム８５が固定されている。
【０００４】
レーザ光光路８２ｂ内には、図１２において直角プリズム８５から上方に向かって、前群レンズ８６および後群レンズ８７が固定されている。
鏡筒８２の上端部には、ペンタプリズム８９が納められた略円筒状の回転投光部８８が、レーザ光光路８２ｂに直交する面内で回転自在に固定されている。この回転投光部８８の上端面および側方には、それぞれ開口部が形成されている。
【０００５】
このような構成のレーザ測量装置において、レーザ光光路８２ａ端面に固定されたレーザダイオード８３からレーザビームＬ１０が出射されると、そのレーザビームＬ１０は直角プリズム８５において回転投光部８８側に９０゜屈曲され、前群レンズ８６および後群レンズ８７を透過してペンタプリズム８９に入射する。ペンタプリズム８９に入射したレーザビームＬ１０は、第１反射面８９ａおよびこの第１反射面に対して４５゜傾いた第２反射面８９ｂによって漸次反射される。そして、第１反射面８９ａおよび第２反射面８９ｂで反射されたレーザビームＬ１１は、光入射面８９ｄに対して直角をなしている光出射面８９ｃから出射される。
【０００６】
また、第１反射面８９ａには部分反射膜が形成されている。従って、一部のレーザビームＬ１２がこの第１反射面８９ａを透過し、この第１反射面８９ａ上に固定された楔形プリズム９０を透過して回転投光部８８上端面の開口部から出射される。
【０００７】
そして、回転投光部８８がレーザ光光路８２ｂに直交する面内で回転されることにより、レーザビームＬ１１は、回転投光部８８の回転軸を中心に回転する。従って、この回転軸に直交する基準平面がレーザビームＬ１１により形成される。また、回転投光部８８の上端から出射されるレーザビームＬ１２は天井などに測量基準点などを示すための基準スポットを形成する。
【０００８】
このように、レーザ測量装置から出射されたレーザビームＬ１１は、壁面などに基準平面を形成するため、正確に水平に出射される必要がある。同様に、天井等に基準スポットを形成するレーザビームＬ１２も正確に鉛直に出射される必要がある。よって、レーザ測量装置の使用時には、レーザビームＬ１１が正確に水平方向に出射されるように、整準作業を行う必要がある。
【０００９】
以下、レーザビームＬ１１が正確に水平に出射されるための整準機構を説明する。鏡筒８２の上端側には、半球面形状を有する膨出部９１が形成されており、ハウジング８１内に形成された摺動孔８１ａ内に当接した状態で保持されている。鏡筒８２のハウジング８１に対する保持は、この部分の接触によってのみなされているので、摺動孔８１ａ内で膨出部９１の半球面部分を回転させることにより、鏡筒８２全体をあらゆる方向に傾動させることができる。
【００１０】
また、ハウジング８１内には、レベル調整用モータ９８によって回転されるスクリュー９７が設けられている。このスクリュー９７には、ナット９９が螺合されている。このナット９９はスクリュー９７の回転に伴って上下動される。ナット９９の外面には、作動ピン１０１が突出形成されている。作動ピン１０１には膨出部９１に形成された駆動アーム９６と連通するピン１００が接触しており、これにより、膨出部９１のＸ方向（紙面内での回転方向）の回転が規制されている。
【００１１】
さらに、鏡筒８２内において直角プリズム８５の下方には、鏡筒８２のＸ方向の傾きを検出するＸ方向のチルトセンサ１０３が固定されている。このチルトセンサ１０３によって検知された傾きに応じてレベル調整用モータ９８の回転制御が行われ、これによって、スクリュー９７が回転される。するとこのスクリュー９７の回転に伴ってナット９９が上下動され、作動ピン１０１およびピン１００を介してリンクされた膨出部９１が、Ｘ方向に回転される。なお、Ｘ方向のチルトセンサの側方には、Ｙ方向（図面中鉛直方向に沿って紙面に直交する面内での回転方向）の傾きを検出するＹ方向のチルトセンサ１０２が固定されている。また、図面中には示されていないが、ハウジング８１内には、チルトセンサ１０２によって検出される傾きの大きさに応じて、膨出部９１のＹ方向の回転を規制するための機構もＸ方向と同様に設けられている。このようにして、鏡筒８２が常に鉛直方向を向くように、すなわち、レーザビームＬ１１が常に水平に出射されるように調整される。従って、レーザビームＬ１１は常に正確な基準面を形成することができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来のレーザ測量装置の構造では、レーザビームＬ１１を水平に出射させるための整準作業は、レベル調整用モータ９８やスクリュー９７，ナット９９等を用いて鏡筒８２を傾けることにより行われている。このために、レーザ測量装置の構造が複雑になってしまうという問題があった。
【００１３】
また、チルトセンサ１０２，１０３は傾きが変化すると、その測定値が計測可能に安定するまで一定の時間がかかる。このため、従来のように鏡筒８２を傾けることによる調整を行った場合、鏡筒８２の傾きが変化する度にチルトセンサ１０２，１０３の測定値が安定するのを待たなければならない。このため、整準作業を行うために長時間を要していた。
【００１４】
そこで、整準のための構造を簡単にすることができ、しかも整準作業を短時間で行うことができるレーザ測量装置を提供することを、本発明の課題とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明のレーザ測量装置の第１の態様は、レーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザビームの光路上に配置された略平板状の第１および第２透明部材と、前記第１および第２透明部材によってその両開口縁が封止された筒状の弾性部材と、前記弾性部材内に液体が充填されることにより形成された液層と、前記第１および第２透明部材を保持する鏡筒と、この鏡筒に保持された前記第１および第２透明部材の相対的傾斜角を、平行を含む範囲で調整可能とする調整機構と、前記鏡筒の水平面に対する傾斜角を検出するレベル検知器と、前記第１および第２透明部材を透過したレーザビームを２以上のレーザビームに分割するビーム分割手段と、前記ビーム分割手段によって分割されたレーザビームのうちの１つを集光する集光レンズと、前記集光レンズの焦点面上に配置され、前記集光レンズによって集光されたレーザビームの入射位置を検知する光位置検出手段と、前記レベル検知器によって検出された前記傾斜角の大きさに応じて前記調整機構を制御し、前記第１透明部材と前記第２透明部材のなす角の大きさを調整するとともに、前記第１透明部材と前記第２透明部材のなす角の大きさを前記光位置検出手段に入射した前記レーザビームの入射位置の変化量に基づいて算出する制御手段とを備える。
【００１６】
すなわち、第１態様のレーザ測量装置では、弾性部材を第１および第２の透明部材によって封止してその中に液体を充填したユニットを、レーザビームの光路上に配置している。そして、レベル検知器によって検出された鏡筒の水平からの傾きの大きさに応じて、各透明部材のなす角を変化させることによって、これら各透明部材を透過するビーム軸の向きを変化させている。従って、従来のように、鏡筒を傾ける複雑な整準機構を設ける必要がないため、レーザ測量装置の構造を簡素化することができる。また、第１態様のレーザ測量装置では、各透明部材のなす角の大きさを変化させることによってのみビーム軸の向きを調整しているので、鏡筒全体の向きを変える必要がない。よって、レベル検知器の測定値は整準作業を通じて常に一定であるので、従来のように、整準作業を行う際にレベル検知器の測定値が安定するまでの時間を要しない。よって、整準作業の時間を短縮することができる。また、このような構成のレーザ測量装置を採用すれば、各透明部材のなす角の大きさを、ビーム分割手段により分割されたビームの光位置検出素子への入射位置の変化量に対応させて検出することができる。よって、ビーム軸の向きをより精密に調整することができる。
【００１７】
このような構成のレーザ測量装置を用いる際には、前記弾性部材を蛇腹状の形状を有するものとしてもよいし、前記液層を形成する液体をシリコーンオイルとしてもよい。
【００１８】
また、上記構成のレーザ測量装置は、前記第１および第２透明部材を透過したレーザビームを９０゜偏向する反射部材と、前記反射部材を回転させることによりこの反射部材によって偏向されたレーザビームの出射方向を一定平面内で回転させる回転手段とをさらに備えるものであってもよい。
【００２１】
また、本発明のレーザ測量装置の第２の態様は、レーザ光源と、このレーザビームのビーム軸を中心として回転可能に鏡筒内に保持されるとともに前記レーザ光源から出射されたレーザビームを透過する第１楔ガラスと、前記レーザビームのビーム軸を中心として回転可能に鏡筒内に保持されるとともに前記第１楔ガラスを透過したレーザビームを透過する第２楔ガラスと、前記鏡筒に保持された前記第１および第２楔ガラスを回転させる回転機構と、前記鏡筒の水平面に対する傾斜角を検出するレベル検知器と、前記第１および第２楔ガラスを透過したレーザビームを２以上のレーザビームに分割するビーム分割手段と、前記ビーム分割手段によって分割されたレーザビームのうちの１つを集光する集光レンズと、前記集光レンズの焦点面上に配置され、前記集光レンズによって集光されたレーザビームの入射位置を検知する光位置検出手段と、前記レベル検知器によって検出された前記傾斜角の大きさと前記光位置検出手段に入射した前記レーザビームの入射位置の変化量とに応じて前記回転機構を制御し、前記第１および第２楔ガラスを透過するレーザビームの出射方向を調整する制御手段とを備える。
【００２２】
すなわち、第２態様のレーザ測量装置は、レーザビームの光路上に２枚の楔ガラスを配置し、各楔ガラスを当該レーザビームの光路に直交する面内で回転することによりレーザビームのビーム軸の向きを調整することができる。これにより、第１態様と同様、レーザ測量装置の構造を簡素化することができ、しかも整準作業の時間を短縮することができる。
【００２５】
上記各態様のレーザ測量装置を用いる際には、前記ビーム分割手段は入射光の一部を透過するとともに残りを反射するビームスプリッタであってもよいし、前記光位置検出手段は２次元ポジション・センシティブ・ディテクタ（ＰＳＤ）であってもよい。
【００２６】
さらに、上記各態様のレーザ測量装置は、前記ビーム分割手段によって分割されたレーザビームの他の１つを９０゜偏向する反射部材と、前記反射部材を回転させることによりこの反射部材によって偏向されたレーザビームの出射方向を一定平面内で回転させる回転手段とをさらに備えるものであってもよい。このとき、前記反射部材はペンタプリズムであってもよい。また、このとき、前記レベル検知器によって検出される傾斜角は前記ビーム分割手段によって分割されて前記反射部材に入射するレーザビームのビーム軸の鉛直に対する傾きに対応していてもよい。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態を説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態によるレーザ測量装置を構成する投光装置の構成を示す断面図である。この図１は、水平方向へのレーザ光走査を行うためにレーザ測量装置を鉛直方向に立てたときの投光装置の状態を示している。
【００２８】
投光装置１１は、レーザ測量装置のハウジング（図示せず）内に固定された鏡筒１４と、ベアリング１９を介して鏡筒１４に回転自在かつ同軸に保持された回転投光部１５とから構成されている。鏡筒１４には、その機械軸ｌｚ（回転投光部１５の回転軸と一致）に沿ったレーザビーム光路１４ｂと、このレーザビーム光路１４ｂに直交するレーザビーム光路１４ａとが、形成されている。また、回転投光部１５には、レーザビーム光路１４ｂに連通するとともにその回転軸と同軸に形成された中空のレーザビーム光路１５ａ，およびこのレーザビーム光路１５ａに連通するとともに端面方向および側方に開口を有するペンタプリズム収納部１５ｂが、形成されている。
【００２９】
（レーザ出射光学系）
鏡筒１４内のレーザビーム光路１４ａおよび１４ｂの交点には、ビーム分割手段としてのビームスプリッタ２４が固定されている。また、このレーザ光光路１４ａの一方の端部には、レーザダイオード２１が固定されている。また、このレーザダイオード２１とビームスプリッタ２４との間には、レーザダイオード２１側から、コリメータレンズ２２，アナモプリズム２３，およびビーム軸調整部３３が固定されている。また、回転投光部１５のペンタプリズム収容部１５ｂには、ペンタプリズム２７および楔形プリズム３０が固定されている。
【００３０】
レーザ光源としてのレーザダイオード２１は、レーザビームＬ０を出射する。コリメータレンズ２２は、レーザダイオード２１から出射されたレーザビームＬ０を平行光にするレンズである。また、アナモプリズム２３は、コリメータレンズ２２を透過したレーザビームＬ０の断面形状を真円形に修正するための光学素子である。
【００３１】
アナモプリズム２３を透過したレーザビームＬ０は、光軸調整部３３を透過して、ビームスプリッタ２４に入射する（光軸調整部３３については、後に詳述する）。ビームスプリッタ２４内には、レーザビームＬ０のビーム軸に対してペンタプリズム２７側に４５゜傾いた、部分透過膜２４ａが形成されている。この部分透過膜２４ａは、７０〜８０％の反射率を有するため、レーザビームＬ０の２０〜３０％を透過させるとともに残りのレーザビームを反射する特性を有している。従って、アナモプリズム２３を透過したレーザビームＬ０の７０〜８０％がペンタプリズム２７側へ反射される。
【００３２】
このビームスプリッタ２４を反射したレーザビームＬ１は、レーザ光光路１４ｂ内に固定された前群レンズ２５および後群レンズ２６に入射する。これら前群レンズ２５および後群レンズ２６は、入射されたレーザビームＬ１のビーム径を拡大するビームエキスパンダを構成する。
【００３３】
後群レンズ２６を透過したレーザビームＬ１が入射するペンタプリズム２７は、回転投光部１５のペンタプリズム収容部１５ｂ内に、この回転投光部１５と一体に回転するように固定されている。このペンタプリズム２７は、レーザビームＬ１が入射する光入射面２７ｃと、この光入射面２７ｃに対して２２．５゜傾いているとともにこの光入射面２７ｃから入射したレーザ光が反射する第１反射面２７ａと、この第１反射面２７ａに対して４５゜傾いているとともにこの第１反射面２７ａで反射されたレーザビームを再度反射する第２反射面２７ｂと、光入射面２７ｃに対して直角をなしているとともに第２反射面２７ｂで反射されたレーザビームＬ３を出射する光出射面２７ｄとを有している。なお、第２反射面２７ｂには、図示せぬ増反射膜がアルミニウム蒸着によって形成されているので、この第２反射面２７ｂにおいてレーザビームは１００％内面反射する。一方、第１反射面２７ａには、反射率が７０〜８０％の部分透過膜が形成されている。従って、２０〜３０％のレーザビームＬ２がこの第１反射面２７ａを透過し、楔形プリズム３０を通って投光装置１２の上端から出射される。
【００３４】
ペンタプリズム２７の光出射面２７ｄから出射されたレーザビームＬ３は、ペンタプリズム収容部１５ｂの側方に開口した投光用窓１５ｃ，および図示せぬハウジングの窓を透過して出射される。このようにして出射されたレーザビームＬ３は、回転投光部１５ごとペンタプリズム２７がレーザビームＬ１に直交する面内で回転することにより、壁面などに垂直または水平方向の基準線を投射する。
【００３５】
（回転機構）
次に、回転投光部１５を鏡筒１４に対して回転させるための機構（回転手段）を説明する。ベアリング１９を介して鏡筒１４に対して回転自在に接続された回転投光部１５の外周面には、ギア３５が固定されている。一方、鏡筒１４の上端面には、外方に向けて突出させたブラケット３６が設けられている。このブラケット３６には、投光部回転用モータ３７が固定されており、この投光部回転用モータ３７の回転軸に取り付けられたピニオン３８が回転投光部１５のギア３５に噛み合っている。この投光部回転用モータ３７を回転させることにより、投光用窓１５ｃから出射されるレーザ光Ｌ３の出射方向が回転投光部１５の回転軸を中心に回転するので、この回転軸に直交する基準平面が形成される。
【００３６】
（整準機構）
前述したように、レーザビームＬ３によって壁面などに垂直または水平方向の基準線を投射するためには、レーザビームＬ３の出射方向が正確に調整されている必要がある。例えば、図１の状態においては、水平方向の基準線を投射するレーザビームＬ３が正確に水平に投射されなければならない。以下、このようなレーザビームＬ３の出射方向を調整するための整準機構について説明する。
【００３７】
図２は、図１のレーザ測量装置１０における整準機構を説明するための、鏡筒１４に固定された各部材の一部を示す図である。また、図３は、ビーム軸調整部３３をビームスプリッタ２４側から見た正面図であり、図４は、図３のＡ−Ａ線に沿った断面図である。ビーム軸調整部３３には、透明部材としての２枚の円形の略平行ガラス４１，４２が互いに略平行となるように設置されており、これら略平行ガラス４１，４２の周縁部分は、環状のガラス押さえ枠４５，４６にはめ込まれている。ガラス押さえ枠４５の、ガラス押さえ枠４６に対向する開口縁には、略平行ガラス４１を保持するための受け座４５ｄが形成されている。同様に、ガラス押さえ枠４６のガラス押さえ枠４５に対向する開口縁には、略平行ガラス４２を保持するための受け座４６ｄが形成されている。
【００３８】
カバー４３（弾性部材）は、弾性体からなる蛇腹状の円筒形状を有しており、その両開口縁は、ガラス押さえ枠４５，４６の受け座４５ｄ，４６ｄにそれぞれ接着されることにより、封止されている。そして、カバー４３の内部にはシリコーンオイルなどの液体が充填されることにより、液層４４が形成されている。
【００３９】
ガラス押さえ枠４５，４６の外周面上には、矩形板状のピン取付部４５ａ，４６ａが、各ガラス押さえ枠４５，４６と一体に形成されている。ピン４７は、その両端部が他の部分よりも細く形成されており、ピン取付部４５ａ，４６ａを貫通するように取り付けられている。このため、各ピン取付部４５ａ，４６ａが形成された部分における各ガラス押さえ枠４５，４６間の距離は、ほぼ一定に保たれている。但し、各ピン取付部４５ａ，４６ａは、ピン４７に対してこのピン４７の軸方向に若干の範囲で移動可能となっている。
【００４０】
また、ガラス押さえ枠４５の外周面上には、矩形板状の２つのリードネジ保持部４５ｂ，４５ｃがこのガラス押さえ枠４５と一体に形成されている。これらリードネジ保持部４５ｂ，４５ｃおよびピン取付部４５ａは、ガラス押さえ枠４５の外周面の３等分位置から外方に突出するように、形成されている。そして、ガラス押さえ枠４６のリードネジ保持部４５ｂに重なる外周面上には、リードネジ保持部４６ｂが形成されている。リードネジ保持部４６ｂには、ネジ孔４６ｅが形成されており、このネジ孔４６ｅには、リードネジ４８がねじ込まれている。
【００４１】
リードネジ４８は、他の部分よりも細く形成され、かつ、雄ねじが切られていない端部４８ａを有しており、この端部４８ａがリードネジ保持部４５ｂに回転自在に挿通されている。リードネジ保持部４５ｂを貫通した端部４８ａには、ストッパリング５５が嵌合されているため、リードネジ４８は、リードネジ保持部４５ｂから落脱しないように保持されている。そして、リードネジ４８は、その先端に固定されたリードネジギア５３，このリードネジギア５３に噛合するモータギア５２を介して、リードネジ保持部４５ｂに固定されたモータ５１によって回転される。このモータ５１は、制御部３５によって駆動制御されている。このモータ５１によるリードネジ４８の回転に伴い、リードネジ保持部４６ｂがリードネジ４８の軸方向（図４のＢ方向）に沿って移動される。このため、リードネジ保持部４５ｂ，４６ｂが形成された部分における各略平行ガラス４２，４３間の距離は変化される。また、リードネジ保持部４５ｃ，４６ｃについても、リードネジ保持部４５ｂ，４６ｂと同様の機構が設けられている。このため、リードネジ保持部４５ｃが形成された部分における各略平行ガラス４２，４３間の距離も、制御部３５によって変化される。
【００４２】
図５に、モータ５１が回転されたときの光軸調整部３３の様子を示す。上述したように、モータ５１が回転されることによりリードネジ４８が回転し、これに伴い、リードネジ保持部４６ｂがこのリードネジ４８の軸に沿って移動する。このため、図５に示すように、この部分における各略平行ガラス４１，４２間の距離は小さくなる。一方、各ピン取付部４５ａ，４６ａが形成された部分における各略平行ガラス４１，４２間の距離は、ピン４７によって一定に保たれている。従って、各略平行ガラス４１，４２は平行より若干の角度を持って対向する状態となる。このとき、各略平行ガラス４１，４２のなす角（すなわち液層４４の頂角）をθ゜とし、液層４４の屈折率をｎ（但し、ｎ≒１．５）とする。そして、略平行ガラス４２に入射し、液層４４を透過して略平行ガラス４１から出射されるレーザビームＬ０のビーム軸の偏角をθ’゜とすると、次式の関係が成り立つ。
θ’＝（ｎ−１）θ  ・・・（１）
すなわち、液層４４の頂角θの大きさを制御することにより、このビーム軸調整部３３を透過するレーザビームＬ０のビーム軸の向きを変化させることができる。
【００４３】
また、図１および図２に示すように、鏡筒１４のレーザ光光路１４ａのレーザダイオード２１に対向する端面には、光位置検出手段としての２次元ポジション・センシティブ・ディテクタ（以下、「ＰＳＤ」という）２９が、その受光面をビームスプリッタ２４側に向けて固定されている。また、レーザ光光路１４ａ内の２次元ＰＳＤ２９とビームスプリッタ２４との間には、集光レンズ２８が固定されている。この集光レンズ２８と２次元ＰＳＤ２９との間の距離は、集光レンズ２８の焦点距離ｆ２に等しい。よって、レーザダイオード２１から出射され、ビームスプリッタ２４に入射したレーザビームＬ０のうち、部分透過膜２４ａを透過した２０〜３０％のレーザビームＬ４は、集光レンズ２８を透過して２次元ＰＳＤ２９上に集光される。２次元ＰＳＤ２９は、光の入射位置を検出する機器である。２次元ＰＳＤへのレーザビームＬ４の入射位置は、この２次元ＰＳＤ２９の各出力端子から出力される電流比に基づいて算出される。なお、この２次元ＰＳＤの各出力端子は制御部３５に接続されている。
【００４４】
また、鏡筒１４のレーザ光光路１４ｂの下端部には、ｘ方向（紙面内での回転方向）の水平からの傾きを検出するチルトセンサ３１（レベル検知器）が固定されている。そして、チルトセンサ３１の側方には、ｙ方向（鉛直方向に沿って紙面に直交する面内での回転方向）の水平からの傾きを検出するチルトセンサ３２が固定されている。チルトセンサ３１，３２は電解液が満たされた気泡管内の気泡の位置変化を抵抗値変化としてとらえて電気信号に変換することにより水平からの傾きを検出するものである。すなわち、チルトセンサ３１，３２の上面には、それぞれ、２個の電極（図示せず）が傾斜角の検出方向に対象な位置関係で設けられているとともに、その下面全域には共通の電極が設けられている。従って、各チルトセンサ３１，３２内で気泡の位置が変化するとこれら上面上の各電極と共通電極との間の抵抗値の比が変化する。各チルトセンサ３１，３２はこれら各電極を介して制御部３５に接続されており、各電極に生じる抵抗値同士の比の変化に基づいて、鏡筒１４の傾きの変化量が算出される。
【００４５】
図２の状態では、図示せぬ測定装置が用いられることにより、レーザビームＬ３が正確に水平に出射され、レーザビームＬ１が鉛直方向ｌ０に出射されるように、鏡筒１４の向きが調整されているものとする。なお、このとき、レーザビームＬ１のビーム軸と鏡筒１４の機械軸ｌｚとは、完全に一致しているものとする。このときのチルトセンサ３１，３２の測定値，およびレーザビームＬ４の２次元ＰＳＤ２９への入射位置は、初期値として制御部へ記憶される。このときの、レーザビームＬ４の２次元ＰＳＤ２９への入射位置のＰＳＤ中心座標ａ０からのｘ方向における距離をａ１とする。ここで、鏡筒機械軸ｌｚと鉛直方向ｌ０とは完全に一致した状態であるので、各チルトセンサ３１，３２による測定値は、鏡筒１４の機械軸ｌｚが鉛直であるときの値を示すが、鏡筒機械軸ｌｚとレーザビームＬ１のビーム軸との位置関係によっては、この測定値が必ずしも鉛直時の値を示す必要はない。
【００４６】
図６は、図２の状態からペンタプリズム２７の光出射面２７ｄから出射されたレーザビームＬ３のビーム軸が水平からｘ方向に＋Δω゜傾いたとき、すなわちレーザビームＬ１のビーム軸が鉛直から＋Δω゜傾いた状態を示している（図６のｘ方向において、時計方向の向きを＋としている）。このとき、鏡筒１４の機械軸ｌｚも同様に図２の状態から鉛直方向ｌ０に対して＋Δω゜傾いた状態となっているため、チルトセンサ３１の測定値も初期値から＋Δω゜の傾き相当変化する。
【００４７】
すると、制御部３５によりチルトセンサ３１の測定値が読み込まれる。制御部３５は、チルトセンサ３１の測定値に基づいてレーザビームＬ１のビーム軸の傾斜量＋Δω゜を算出する。それに応じて、ビーム軸調整部３３の各リードネジ保持部４５ｂ，４５ｃのモータ５１，５１が回転され、モータギア５２，５２およびリードネジギア５３，５３を介して連通されたリードネジ４８，４８がそれぞれ回転されるため、リードネジ保持部４６ｂ，４６ｃがリードネジ４８，４８の軸方向に移動される。これにより、液層４４が形成する頂角θの大きさが変化されるため、レーザビームＬ１のビーム軸の出射方向が調整される。図７に、液層４４の頂角θの大きさが変化されることによって、レーザビームＬ１のビーム軸が鉛直方向ｌ０になるように調整された様子を示す。レーザビームＬ１が鉛直方向ｌ０に出射されるよう調整するためには、ビーム軸調整部３３から出射されるレーザビームＬ０のビーム軸を、コリメータレンズ２２の光軸に対して＋Δω゜だけ傾斜させる必要がある。レーザビームＬ０のビーム軸が、コリメータレンズ２２の光軸に対して＋Δω゜傾斜されたとき、ｘ方向におけるレーザビームＬ４の２次元ＰＳＤ２９への入射位置の初期値ａ１からのズレ量ｂは、ｂ＝ｆ２ｔａｎ（＋Δω゜）となる。従って、制御部３３は、２次元ＰＳＤ２９から出力されたレーザビームＬ４の入射位置を常にモニタしながら各モータ５１，５１を駆動制御し、２次元ＰＳＤ２９に入射するレーザビームＬ４の入射位置の中心座標ａ０からのｘ方向のズレがａ１＋ｂ＝ａ１＋ｆ２ｔａｎ（＋Δω゜）となるように、ビーム軸調整部３３の液層４４の頂角θを変化させるのである。このときの液層４４の頂角θは、（１）式より、
0003619370.tif 000002
となるように変化される。これにより、レーザビームＬ１のビーム軸は、図６の状態から−Δω゜だけ傾斜されて鉛直方向ｌ０と一致する。従って、回転投光部１５から出射されるレーザビームＬ３のビーム軸が水平になるよう調整される。
【００４８】
なお、ここでは、チルトセンサ３１によって検出される、レーザビームＬ１のビーム軸の傾きのｘ方向の調整のみについて説明したが、チルトセンサ３２によって検出されるｙ方向のビーム軸の調整も、同様にして行われる。
【００４９】
すなわち、本実施形態のレーザ測量装置では、レーザビームＬ３によって形成される基準平面の水平からの傾きに応じてビーム軸調整部３３の液層４４の頂角θの大きさを調整することによりレーザビームＬ１の出射方向を調整している。また、ビーム軸調整部３３を駆動させたときの各ビーム軸の向きの変化を、コリメータレンズ２２の光軸上に設置した２次元ＰＳＤ２９へのレーザビームＬ４の入射位置によって監視している。このため、ビーム軸調整部３３によるビーム軸Ｌ０の向きの僅かな変化量を高精度に調整することができる。
【００５０】
このように、本実施形態のレーザ測量装置は、液層４４を封止した２枚の略平行ガラス４１，４２の相対角度を変化させることにより整準を行っているので、従来のように鏡筒全体を傾けるための複雑な構造を必要としない。このため、レーザ測量装置の構造を簡単にすることができる。また、本実施形態のレーザ測量装置は、整準の際に投光装置１１をハウジングに対して傾ける必要がないため、整準作業の途中でチルトセンサ３１，３２の測定値が変化することもない。よって、従来のように、チルトセンサの測定値を安定させるための時間を必要としないので、整準作業を短時間に行うことができる。
【００５１】
＜第２実施形態＞
図８に本発明の第２実施形態におけるレーザ測量装置の整準機構およびレーザ出射光学系の一部を示す。本第２実施形態は、鉛直方向にレーザ走査するために、鏡筒１４を図１の状態に対して９０゜傾けて用いる場合に適用される。
【００５２】
ｘ方向（紙面内での回転方向）のチルトセンサ６１は、レーザビームＬ１のビーム軸方向が水平方向ｌ０’となるように、図１の状態に対してｘ方向に９０゜傾けられた状態で固定されている。そして、第１実施形態と同様、ｘ方向のチルトセンサ６１は、ビーム軸調整部３３や２次元ＰＳＤ２９とともに制御部５３に接続されている。
【００５３】
以下、本実施形態のレーザ測量装置の整準機構の動作を説明する。まず、制御部５３は、図８のように、レーザ光Ｌ１のビーム軸が水平方向ｌ０’となるように調整されているときの、チルトセンサ６１の測定値と２次元ＰＳＤ２９へのレーザビームＬ４の入射位置を記憶する。なお、このとき、レーザビームＬ１のビーム軸と鏡筒１４の機械軸ｌｚ’とは完全に一致しているものとする。このとき、レーザビームＬ４の２次元ＰＳＤ２９への入射位置のＰＳＤ中心ａ０からのｘ方向における距離をａ２とする。そして、図９に示すように、レーザビームＬ１のビーム軸が水平方向ｌ０’からｘ方向に＋Δω゜ずれた場合には、制御部５３は、２次元ＰＳＤ２９へのレーザビームＬ４のｘ方向の入射位置のＰＳＤ中心ａ０からの距離がａ２＋ｆ２ｔａｎ（＋Δω）となるように、ビーム軸調整部３３の略平行ガラス４１に対する略平行ガラス４２の角度を変化させて、レーザビームＬ０のビーム軸の方向を調整する。このようにして、レーザビームＬ１のビーム軸を図９の状態より−Δω゜回転させて、水平方向ｌ０’を向かせるように調節することができる（図１０参照）。
【００５４】
このように、本実施形態では、鉛直方向のレーザ走査を行うために、レーザ測量装置を水平方向に向けて使用する場合でも、第１実施形態と同様に液層４４を封止した２枚の略平行ガラス４１，４２の相対角度を変化させることによりレーザビームＬ０のビーム軸の方向が調整されるビーム軸調整部３３を用いて整準作業を行っている。これにより、レーザビームＬ０のビーム軸の向きを鏡筒機械軸ｌｚ’に対して傾斜させて、レーザビームＬ１のビーム軸が水平になるように調整することができる。
【００５５】
＜第３実施形態＞
図１１は、本発明の第３実施形態のレーザ測量装置におけるビーム軸調整部６３の構造を示す断面図である。本第３実施形態のレーザ測量装置は、２枚の楔ガラスをコリメータレンズ２２の光軸を中心としてそれぞれ回転させることによりレーザ光Ｌ０のビーム軸の向きを調整することにより整準作業を行うことを特徴とし、その他の部分を第１および第２実施形態と同一とする。
【００５６】
鏡筒１４のレーザ光光路１４ａ内に固定されたビーム軸調整部６３は、透明部材からなる箱形のケーシング６６と、このケーシング６６内に保持された２枚の楔ガラス６４，６５とから構成される。楔ガラス６４，６５は、平行より僅かに角度を持って相対した平面からなる光学素子であり、それらの入射面をレーザダイオード２１側に向けるように並べて配置されている。これら各楔ガラス６４，６５は、コリメータレンズ２２の光軸に垂直な面内で回転自在な状態でケーシング６６内に保持されている。また、各楔ガラスの６４，６５の回転軸は、コリメータレンズ２２の光軸と一致するように、構成されている。これら各楔ガラス６４，６５の外周部分には、ギア６７，６８がそれぞれ嵌合されており、各ギア６７，６８はケーシング６６内に固定されたモータ６９，７０によって回転される。これら各モータ６９，７０は制御部３５に接続されており、この制御部３５によって各楔ガラス６４，６５の回転制御がなされている。なお、本実施形態では、各ギア６７，６８および各モータ６９，７０とを併せて、「回転機構」としている。
【００５７】
このビーム軸調整部６３にレーザ光Ｌ０が入射されると、２枚の楔ガラス６４，６５を透過することによりこのレーザ光Ｌ０のビーム軸が屈曲される。そして、制御部３５によって各楔ガラス６４，６５が回転されると、ビーム軸調整部６３を透過するレーザビームＬ０のビーム軸の向きが変化される。このようにして、レーザビームＬ０のビーム軸の向きを調整することにより、レーザビームＬ１のビーム軸が鉛直方向ｌ０に出射されるよう調整することができる。
【００５８】
以下、図２，６，７，および１１を用いて、上記構成のビーム軸調整部６３を用いた本実施形態のレーザ測量装置の整準方法を説明する。前述したように、鏡筒１４の向きは、図示せぬ測定装置により、レーザビームＬ３が正確に水平に出射され、レーザビームＬ１が鉛直方向ｌ０に出射されるように、調整されている（このとき、レーザ光Ｌ１のビーム軸と鏡筒１４の機械軸ｌｚは完全に一致している）。このときのチルトセンサ３１，３２の測定値，およびレーザビームＬ４の２次元ＰＳＤ２９への入射位置は、制御部３５に記憶される。第１実施形態と同様に、このときのレーザビームＬ４の２次元ＰＳＤ２９への入射位置のＰＳＤ中心ａ０からの距離をａ１とする。そして、図６に示すように、レーザビームＬ１のビーム軸が鉛直方向ｌ０に対して＋Δω゜ずれた場合には、制御部３５は、２次元ＰＳＤ２９へのレーザビームＬ４のｘ方向の入射位置のＰＳＤ中心ａ０からの距離がａ１＋ｆ２ｔａｎ（＋Δω゜）となるように各モータ６９，７０の回転制御を行い、各楔ガラス６４，６５をコリメータレンズ２２の光軸に直交する面内で回転させることにより、ビームスプリッタ２４に入射されるレーザビームＬ０のビーム軸の向きを調整する。このようにして、レーザビームＬ１のビーム軸を図６の状態より−Δω゜回転させて、鉛直方向ｌ０を向かせるように調整することができる（図７）。
【００５９】
なお、ここでは、水平方向のレーザ走査を行うために、図１のようにレーザ測量装置を鉛直に立てて用いた場合の整準機構について説明したが、鉛直方向へのレーザ走査を行う際にも、第２実施形態と同様にチルトセンサ３１を図１の状態から９０゜回転された状態で固定することにより、同様の整準作業を行うことができる。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によれば、複雑な整準機構を必要とせず、レーザ測量装置の構造を簡素化することができる。また、整準作業を短時間で行うことができるレーザ測量装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態によるレーザ測量装置の構造を示す断面図
【図２】本発明の第１実施形態によるレーザ測量装置の整準機構を説明するための図
【図３】本発明の第１実施形態によるレーザ測量装置におけるビーム軸調整部３３の正面図
【図４】図３のＡ−Ａ線に沿った断面図
【図５】モータ５１を回転させたときのビーム軸調整部３３の状態を示す断面図
【図６】図２の状態からレーザビームＬ１のビーム軸が＋Δω゜傾いた様子を示す図
【図７】図６の状態から整準作業が行われた様子を示す図
【図８】本発明の第２実施形態によるレーザ測量装置の整準機構を説明するための図
【図９】図８の状態からレーザビームＬ１のビーム軸が＋Δω゜傾いた様子を示す図
【図１０】図９の状態から整準作業が行われた様子を示す図
【図１１】本発明の第３実施形態のレーザ測量装置におけるビーム軸調整部６３の構造を示す断面図
【図１２】従来技術のレーザ測量装置の構造を示す断面図
【符号の説明】
２１  レーザダイオード
２２  コリメータレンズ
２４  ビームスプリッタ
２７  ペンタプリズム
２８  集光レンズ
２９  ２次元ＰＳＤ
３１，３２，６１，６２  チルトセンサ
３３，６３  ビーム軸調整部
３５，５３  制御部
４１，４２  略平行ガラス
４３  カバー
４４  液層
４５，４６  ガラス押さえ枠
４５ｂ，４６ｂ  リードネジ保持部
４７  ピン
４８  リードネジ
５１  モータ
５２  モータギア
５３  リードネジギア
６４，６５  楔ガラス
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４  レーザビーム
θ  頂角
【図１】
0003619370.tif 000003
【図２】
0003619370.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0003619370.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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