(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビーム光を出射する光源と、
この光源を通り且つこの光源から出射されるビーム光のビーム軸に直交する軸を有する筒部材と、
前記筒部材の側面にはめ込まれ、前記筒部材の軸に垂直な方向にのみパワーを有する複数のレンズと、
前記筒部材の軸を回転中心として回転することによって前記光源によるビーム光の出射方向を回転させる光学部材と、
前記光学部材を回転させるためのモータと
を備えるビームスキャニング装置。
【請求項２】
ビーム光を出射する光源と、
この光源を通り且つこの光源から出射されるビーム光のビーム軸に直交する軸を有する筒部材と、
前記筒部材の側面にはめ込まれ、前記筒部材の軸に垂直な方向にのみパワーを有するレンズと、
前記筒部材の軸を回転中心として回転することによって前記光源によるビーム光の出射方向を回転させる光学部材と、
前記光源の前記光学部材又は前記筒部材を回転させるためのモータと、
前記光源の前記光学部材および前記筒部材の両方またはいずれか一方のみが前記モータに連動されるよう切り替える切り替え手段と
を備えるビームスキャニング装置。
【請求項３】
前記レンズは前記軸に平行な方向のシリンダ軸を有するシリンドリカルレンズである
請求項１または請求項２に記載のビームスキャニング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザビーム等の光を一定平面内で走査させるためのビームスキャニング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水平線や垂直線の墨出しを行うためのレーザ測量装置などには、一般に、レーザビームを一定平面内で走査するためのビームスキャニング装置が組み込まれている。図９に、従来のビームスキャニング装置が組み込まれたレーザ測量装置の模式的断面図を示す。ハウジング８１と同軸に形成された円筒形状のヘッド回転軸８２は、このハウジング８１の内部からその上端面を貫通して上方へ突出している。このヘッド回転軸８２の下端部の外周面上にはギア９０が固定されている。このギア９０は、ギア８７を介してモータ８６に連通されている。従って、モータ８６が回転されることにより、ギア８７，９０を介してモータ８６に連通されたヘッド回転軸が回転される。
【０００３】
また、このヘッド回転軸の上端部には、ペンタプリズム９１を収容したヘッド部８３が固定されている。このヘッド部８３の側方には、ビーム出射窓８３ａが形成されている。さらに、ヘッド回転軸８２の中間部には、このヘッド回転軸８２の回転角を測定するための円盤形状を有するエンコーダ板８８ａがはめられている。このエンコーダ板８８ａの回転角に対応するコードパターンは、エンコーダセンサ部８８ｂによって検出される。
【０００４】
ハウジング８１内の、ヘッド回転軸８２の下方に固定されたレーザダイオードユニット８４から鉛直方向に出射されたレーザビームＬ’は、ヘッド回転軸８２内を通ってペンタプリズム９１に入射する。レーザビームＬ’は、ペンタプリズム９１によって９０°反射されて、ヘッド部８３のビーム出射窓８３ａから水平方向に出射される。また、ヘッド部８３は、モータ８６によるヘッド回転軸８２の回転に伴って回転されるため、ビーム出射窓８３ａから出射されるレーザビームＬ’の出射方向も水平面内で回転される。従って、レーザビームＬ’が形成されるビーム像の軌跡による基準平面が形成される。
【０００５】
また、全周方向に墨出しを行う必要がなく、一定範囲内で水平線を形成したい場合には、モータ８６を反転駆動して一定角度範囲内でヘッド回転軸８２を往復回転させることにより、レーザビームＬ’を一定範囲内で往復走査させる。このようにして、一定範囲内にレーザビームを集中させた、輝度の高い水平線を形成することができる。このとき、ヘッド回転軸８２の回転角はエンコーダ板８８ａおよびエンコーダセンサ部８８ｂによって検出され、図示せぬ制御手段により、モータ８６の往復回転が制御されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図１０は、図９のＢ−Ｂ線に沿った横断面図である。上述したように、従来のビームスキャニング装置は、モータ８６を反転駆動させることにより、レーザビームＬ’を往復走査させている。しかしながら、モータ８６の反転駆動には加減速を伴うため、レーザビームＬ’の走査速度は形成されるべき水平線の端部付近では低下する。よって、壁面等に形成される水平線は、端部付近が明るく、中央部分が暗いものとなり、目視しづらいものとなってしまっていた。
【０００７】
また、モータの反転駆動の際には、モータの始動／停止が繰り返される。このため、このような従来のビームスキャニング装置は消費電力量が大きいという問題があった。さらに、磨耗などによるモータの寿命の低下などの問題があった。そこで、レーザビームを反復走査させる際に、ビーム像の輝度を一定に保つことができ、しかも消費電力量の小さいビームスキャニング装置を提供することを、本発明の課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のビームスキャニング装置の第１の態様は、ビーム光を出射する光源と、この光源を通り且つこの光源から出射されるビーム光のビーム軸に直交する軸を有する筒部材と、前記筒部材の側面にはめ込まれ、前記筒部材の軸に垂直な方向にのみパワーを有する複数のレンズと、前記筒部材の軸を回転中心として回転することによって前記光源によるビーム光の出射方向を回転させる光学部材と、前記光学部材を回転させるためのモータとを備える。
【０００９】
すなわち、本発明のビームスキャニング装置は、その側面にレンズがはめ込まれた筒部材の内部で光源から出射されたビーム光を回転させるものである。このビーム光が回転されることにより、ビーム光はレンズに入射し、屈折されるため、このビームによる像は、一定直線上を反復走査される。従って、従来のようにモータを反転駆動させることなくビーム光を反復走査することができるため、モータの反転駆動に起因するビーム像の輝度の不均一やモータの磨耗などを防ぐことができる。
【００１０】
また、本発明のビームスキャニング装置は、ビーム光を出射する光源と、この光源を通り且つこの光源から出射されるビーム光のビーム軸に直交する軸を有する筒部材と、前記筒部材の側面にはめ込まれ、前記筒部材の軸に垂直な方向にのみパワーを有するレンズと、前記筒部材の軸を回転中心として回転することによって前記光源によるビーム光の出射方向を回転させる光学部材と、前記光源の前記光学部材又は前記筒部材を回転させるためのモータと、前記光源の前記光学部材および前記筒部材の両方またはいずれか一方のみが前記モータに連動されるよう切り替える切り替え手段とを備える。
【００１１】
すなわち、第２態様のビームスキャニング装置は、切り替え手段により、光源の光学部材または筒部材の一方，或いはその両方を回転させるよう選択することができる。よって、第１態様と同様に、モータを反転駆動させることなく、所定範囲内でのビーム光の反復走査を行うことができると同時に、ビーム光を全周にわたって走査することもできる。
【００１２】
なお、上記各態様のビームスキャニング装置は、前記レンズを前記軸に平行な方向のシリンダ軸を有するシリンドリカルレンズとしてもよい。このレンズは、単数であっても良いが、筒部材における同一円周上に複数のレンズを配置することによって、光源から出射されたレーザビームを効率良く筒部材外に向けて投射することができる。なお、レンズとしては、負レンズであっても良いが、正レンズとすれば、ビーム光に対するコリメータレンズの機能を兼ねさせることができる。
【００１３】
モータに連動して回転する光源の光学部材は、半導体レーザ等の発光素子そのものであっても良いし、回転軸に沿って発光素子から出射されたビーム光を直角に反射させる反射部材であっても良い。後者の場合、光学部材として、ペンタプリズムを用いることができる。
【００１４】
切替手段は、ギヤ列を介してモータに筒部材及び光学部材を連動させても良いし、ベルト等を介して連動させても良い。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施形態によるビームスキャニング装置を組み込んだレーザ測量装置の模式的断面図である。この図１は、水平方向にレーザ走査するために、レーザ測量装置を鉛直方向に立てた状態を示している。また、図２は、図１のＡ−Ａ線に沿った横断面図である。円筒形状を有するインナヘッド回転軸１２は、略円筒状のハウジング１１内に回転自在に取り付けられており、その上端部はハウジング１１の上端面を貫通して上方へ突出している。インナヘッド回転軸１２の上端部には、ペンタプリズム１４を収容するインナヘッド部１３が、インナヘッド回転軸１２と同軸に固定されている。ペンタプリズム１４は、インナヘッド回転軸１２が回転されることにより、インナヘッド部１３と共に回転されるよう、このインナヘッド部１３内に固定されている。また、インナヘッド部１１の側方にはビーム出射窓１３ａが形成されている。
【００１７】
アウタヘッド回転軸１５は、その内径がインナヘッド回転軸１２の外径よりもやや大きい円筒形状を有している。このアウタヘッド回転軸１５は、インナヘッド回転軸１２の周囲を取り囲むようにハウジング１１内に回転自在に取り付けられている。また、アウタヘッド回転軸１５の長さはインナヘッド回転軸１２よりも短く形成されているため、インナヘッド回転軸１２の下端部は、アウタヘッド回転軸１５の下端部よりもハウジング１１の内方へ突出した状態となっている。
【００１８】
アウタヘッド回転軸１５の上端部には、中空の六角柱形状を有するアウタヘッド部１６が、インナヘッド部１３を囲繞するように固定されている。図２に示すように、アウタヘッド部１６の側面の各面上には、６個のシリンドリカルレンズ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，３４ｅ，及び２３ｆが、それぞれ固定されている。これら６枚のシリンドリカルレンズ２３は、それぞれ、インナヘッド回転軸１２に平行な向きのシリンダ軸を有している。従って、各シリンドリカルレンズ２３は、水平方向のみにパワーを有する。
【００１９】
このアウタヘッド回転軸１５下端部の外周面上には、環状のギア１９が固定されている。同様に、アウタヘッド回転軸１５の下端部より突出したインナヘッド回転軸１２の下端部の外周面上には、ギア１９の外周と同径の外周を有する環状のギア２０が固定されている。これら各ギア１９，２０は、それぞれ中継ギア１８に噛合している。この中継ギア１８は、ギア１９またはギア２０の一方のみ若しくは両方と同時に噛合されるように、図示せぬ制御手段により鉛直方向に上下に移動可能となっている。中継ギア１８は、モータギア１７を介してモータ２２により回転されるため、この中継ギア１８に噛合するインナヘッド回転軸１２および／またはアウタヘッド回転軸１５が回転される。
【００２０】
ハウジング１１内のインナヘッド回転軸１２下方には、レーザビームＬを出射するレーザダイオードユニット２１が固定されている。このレーザダイオードユニット２１から鉛直上方に出射され、図示せぬ光学素子により平行光に変換されたレーザビームＬは、ペンタプリズム１４により９０°反射されて、ビーム出射窓１３ａから出射される。このレーザビームＬは、図２に示すように、ビーム軸上に位置するシリンドリカルレンズ２３ａを透過してアウタヘッド部１６の外方へ出射される。そして、図１に示す状態（中継ギア１８が両ギア１９，２０に噛合した状態）でモータ２２が回転されると、モータギア１７および中継ギア１８を介して、各ギア１９，２０が同方向に同速度で回転される。
【００２１】
図３は、図１の状態でモータ２２が回転されたときの、インナヘッド部１３およびアウタヘッド部１６の様子を説明するためのＡ−Ａ線に沿った断面図である。図３に示すように、各ギア１９，２０が同時に回転されることにより、インナヘッド部１３およびアウタヘッド部１６が同角速度で回転される。これに伴い、ペンタプリズム１４から水平方向に出射されたレーザビームＬの出射方向もインナヘッド回転軸１２の周りに回転され、このレーザビームＬのビーム像の軌跡により水平面が形成される。
【００２２】
図４は、全周方向のレーザ走査を行わずに、一定範囲内での水平線をこのレーザビームＬにより形成するときの、レーザ測量装置の断面図である。まず、この図４に示すように、図示せぬ制御手段により中継ギア１８を上方にスライドさせる。すると、中継ギア１８は、アウタヘッド回転軸１５に固定されたギア１９にのみ噛合される。従って、モータ２２の回転によりアウタヘッド部１６のみが回転され、インナヘッド部１３は静止したままの状態となる。このときの、インナヘッド部１３およびアウタヘッド部２３のＡ−Ａ線に沿った横断面図を図５に示す。
【００２３】
まず、モータ２２が回転されると、モータギア１７，中継ギア１８を介してアウタヘッド回転軸１５が回転される。アウタヘッド回転軸１５の回転に伴い、アウタヘッド部１６は図５（ａ）のｘ方向に回転される。すると、レーザ出射窓１３ａから出射されたレーザビームＬはシリンドリカルレンズ２３ａの一方の端部に入射する。そして、レーザビームＬはシリンドリカルレンズ２３ａによりａ方向に屈折されてアウタヘッド部１６の外方に出射される。アウタヘッド部１６の回転に伴い、シリンドリカルレンズ２３ａによるレーザビームＬの屈折角θは小さくなり、図５（ｂ）に示すように、レーザビームＬがシリンドリカルレンズ２３ａの中央部を通過するとき（すなわち、レーザビームＬのビーム軸とシリンドリカルレンズ２３ａのシリンダ軸が直交するとき）、レーザビームＬはシリンドリカルレンズ２３ａにより屈折されずに、直進してｂ方向に出射される。
【００２４】
アウタヘッド部１６がさらに回転されると、図５（ｃ）に示すように、レーザビームＬはａ方向とは反対向きのｃ方向に屈折される。そして、アウタヘッド部１６がさらにｘ方向に回転されて、次のシリンドリカルレンズ２３ｂが図５（ａ）のシリンドリカルレンズ２３ａの位置に移動すると、このシリンドリカルレンズ２３ｂによって、レーザビームＬは同様にａ方向に屈折されて出射される。すなわち、図６の横断面図に示すように、アウタヘッド部１６のみがｘ方向に回転されることにより、レーザビームＬは各シリンドリカルレンズ２３ａ〜２３ｆによって順次屈折され、ａ方向→ｂ方向→ｃ方向→ａ方向→・・・のように出射方向を一定角速度で変化させる。このため、レーザビームＬは、壁面等に一定範囲内での水平線を、ほぼ均一輝度で投射することができる。
【００２５】
さらに、図７のレーザ測量装置の断面図に示すように、図示せぬ制御手段により中継ギア１８を下方にスライドさせる。すると、中継ギア１８はインナヘッド回転軸１２に固定されたギア２０にのみ接続される。従って、モータ２２が回転されるとインナヘッド部１３のみが回転され、アウタヘッド部１６は静止したままの状態となる。このときの、インナヘッド部１３およびアウタヘッド部２３のＡ−Ａ線に沿った横断面図を、図８に示す。
【００２６】
モータ２２の回転により、インナヘッド部１３は、モータギア１７，中継ギア１８を介してインナヘッド回転軸１２と共に、図８のｘ方向に回転される。このとき、レーザビームＬの出射方向もインナヘッド部１３の回転に伴い水平面内で回転しながら、各シリンドリカルレンズ２３ａ〜２３ｆに順次入射する。レーザビームＬは、各シリンドリカルレンズ２３ａ〜２３ｆによって順次屈折され、それぞれの光軸方向に沿って出射される。すると、レーザビームＬは、各シリンドリカルレンズ２３の光軸方向に一定長さの水平線をそれぞれ投射する。従って、例えばシリンドリカルレンズ２３の数を４とし、各シリンドリカルレンズ２３をアウタヘッド部１６の側面上に互いに等間隔に設けた場合には、十字方向に４本の水平線を形成することができる。
【００２７】
このように、本実施形態においては、水平方向にレーザビームＬを出射するインナヘッド部１３の周囲に複数のシリンドリカルレンズ２３を等間隔に配置し、これら複数のシリンドリカルレンズ２３をのみをレーザビームＬのビーム軸を含む面内で一定方向に回転させることにより、一定範囲内でのレーザビームＬの反復走査を行っている。このため、モータを反転駆動することなくレーザビームの反復走査を行うことができるので、モータの加減速に伴うビーム像の輝度の不均一を防ぐことができる。しかも、モータを反転する必要がないので、消費電力量を減少することができ、モータの磨耗を防ぐことができる。
【００２８】
また、本実施形態においては、インナーヘッド部１３と側面に複数のシリンドリカルレンズ２３を備えるアウタヘッド部１６のモータ２２への接続を中継ギア１８によって切り替えている。これにより、全周方向にレーザビームを走査させることが可能であるとともに、一定範囲内でのレーザビームの反復走査も行うことができる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、モータを反転駆動させることなくレーザビームを一定範囲内で反復走査することができるため、レーザビーム像の輝度を常に均一に保つことができるビームスキャニング装置を提供することができる。また、モータ駆動のための消費電力量を減少させることができ、モータの磨耗を少なく抑えることができるビームスキャニング装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態によるビームスキャニング装置が組み込まれたレーザ測量装置の断面図
【図２】  図１のＡ−Ａ線に沿った断面図
【図３】  図１の状態のレーザ測量装置において、モータ２２が回転されたときのレーザビームＬの出射方向を説明するための、Ａ−Ａ線に沿った横断面図
【図４】  図１の状態から中継ギア１８を上方にスライドさせたときの、レーザ測量装置の断面図
【図５】  図４の状態のレーザ測量装置において、モータ２２が回転されたときのレーザビームＬの出射方向を説明するための、Ａ−Ａ線に沿った横断面図
【図６】  図４の状態のレーザ測量装置において、モータ２２が回転されたときのレーザビームＬの出射方向を説明するための、Ａ−Ａ線に沿った横断面図
【図７】  図１の状態から中継ギア１８を下方にスライドさせたときの、レーザ測量装置の断面図
【図８】  図７の状態のレーザ測量装置において、モータ２２が回転されたときのレーザビームＬの出射方向を説明するための、Ａ−Ａ線に沿った横断面図
【図９】  従来技術のビームスキャニング装置が組み込まれたレーザ測量装置の断面図
【図１０】  従来技術の問題点を説明するための、図９のＢ−Ｂ線に沿った横断面図
【符号の説明】
１２  インナヘッド回転軸
１３  インナヘッド部
１４  ペンタプリズム
１５  アウタヘッド回転軸
１６  アウタヘッド部
１７  モータギア
１８  中継ギア
１９，２０  ギア
２１  レーザダイオードユニット
２２  モータ
２３  シリンドリカルレンズ
【図１】
0003660805.tif 000002
【図２】
0003660805.tif 000003
【図３】
0003660805.tif 000004
【図４】
0003660805.tif 000005
【図５】
0003660805.tif 000006
【図６】
0003660805.tif 000007
【図７】
0003660805.tif 000008
【図８】
0003660805.tif 000009
【図９】
0003660805.tif 000010
【図１０】
0003660805.tif 000011