(57)【要約】【課題】本発明の課題は、ビームの出射角度を簡単且つ高精度に補正することができる角度補正光学ユニット及びそれを搭載した低価格の複数ライン光を照射できるレーザ墨出し装置を提供することにある。【解決手段】ガラス又はプラスチック等の光透過体からなる第１のウェッジプリズムと、該第１のウェッジプリズムを所定の軸を中心に回動可能に保持する手段と、上記第１のウェッジプリズムと近接又は密着して配置される光透過体からなる第２のウェッジプリズムと、該第２のウェッジプリズムを上記所定の軸を中心に上記第１ウェッジプリズムとは独立に回動可能に保持する手段とを有し、第１のウェッジプリズムに入射したビームを第２のウェッジプリズムから出射するように構成すると共に、上記第１及び第２のウェッジプリズムを独立に所望の角度回動することにより出射ビームの角度補正を行なうように構成した。【選択図】  図１
2004302055.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス又はプラスチック等の光透過体からなる第１のウェッジプリズムと、該第１のウェッジプリズムを所定の軸を中心に回動可能に保持する手段と、上記第１のウェッジプリズムと近接又は密着して配置される光透過体からなる第２のウェッジプリズムと、該第２のウェッジプリズムを上記所定の軸を中心に上記第１ウェッジプリズムとは独立に回動可能に保持する手段とを有し、第１のウェッジプリズムに入射したビームを第２のウェッジプリズムから出射するように構成すると共に、上記第１及び第２のウェッジプリズムを独立に所望の角度回動することにより出射ビームの角度補正を行なうことを特徴とするビーム出射角度補正光学ユニット。
【請求項２】
ガラス又はプラスチック等の光透過体からなる第１のウェッジプリズムと、該第１のウェッジプリズムを保持するための第１のホルダと、上記第１のウェッジプリズムと近接又は密着して配置される光透過体からなる第２のウェッジプリズムと、該第２のウェッジプリズムを保持する第２のホルダと、上記第１及び第２のウェッジプリズムの一方を固定し、他方を所定の軸を中心に回動する手段を有し、第１のウェッジプリズムに入射したビームを第２のウェッジプリズムから出射するように構成すると共に、上記第１又は第２のウェッジプリズムを所望の角度回動することにより出射ビームの角度補正を行なうことを特徴とするビーム出射角度補正光学ユニット。
【請求項３】
ガラス又はプラスチック等の光透過体からなるウェッジプリズムと、該ウェッジプリズムを所定の軸を中心に回動可能に保持する手段を有し、上記ウェッジプリズムの頂角を挟む一方の面に光ビームを入射し、頂角を挟む他方の面から光ビームを出射するように構成すると共に、上記ウェッジプリズムを所望の角度回動することにより出射ビームの角度補正を行なうことを特徴とするビーム出射角度補正光学ユニット。
【請求項４】
請求項１又は２において、第１のウェッジプリズムの頂角と第２のウェッジプリズムの頂角が等しいことを特徴とするビーム出射角度補正光学ユニット。
【請求項５】
請求項１又は２において、第１のウェッジプリズムの頂角と第２のウェッジプリズムの頂角が異なることを特徴とするビーム出射角度補正光学ユニット。
【請求項６】
請求項１において上記第１及び第２のプリズム回転軸とｘｙｚ座標系のｚ軸が平行となるように出射ビーム角度補正光学ユニットを配置し、入射ビームとｚ軸のなす角度γのｙｚ平面への正射影をγ１ｙｚ及びｘｚ平面への正射影をγ１ｘｚ、各プリズムの屈折率をｎ、各プリズム頂角をαとした時、−２≦γ１ｙｚ／（ｎ−１）α≦２    −２≦γ１ｘｚ／（ｎ−１）α≦２を満たすように各プリズム頂角αを設定したことを特徴とするビーム出射角度補正光学ユニット。
【請求項７】
請求項６において上記ビーム出射角補正光学ユニットにおける出射ビームとｚ軸のなす角度βのｙｚ平面への正射影をβｙｚ及びｘｚ平面への正射影をβｘｚとした時、βｙｚ＝（ｎ−１）α・（ｃｏｓφ１＋ｃｏｓφ２）−γ１ｙｚ
βｘｚ＝（ｎ−１）α・（ｓｉｎφ１＋ｓｉｎφ２）−γ１ｘｚ
を満たすようにｙ軸に対する各プリズムの設置角度φ１及びφ２を設定したことを特徴とするビーム出射角度補正光学ユニット。
【請求項８】
半導体レーザよりなる光源と、該光源から出射した光をコリメート光に変換する光学素子と、コリメート光の出射角度を微調整するビーム出射角度補正用光学ユニットと、出射角度が補正されたコリメート光からライン光を発生する光学系を備えたレーザ墨出し装置であって、上記ビーム出射角度補正用光学ユニットは、ガラス又はプラスチック等の光透過体からなる第１のウェッジプリズムと、該第１のウェッジプリズムを所定の軸を中心に回動可能に保持する手段と、上記第１のウェッジプリズムと近接又は密着して配置される光透過体からなる第２のウェッジプリズムと、該第２のウェッジプリズムを上記所定の軸を中心に上記第１ウェッジプリズムとは独立に回動可能に保持する手段とを有し、第１のウェッジプリズムに入射したビームを第２のウェッジプリズムから出射するように構成すると共に、上記第１及び第２のウェッジプリズムを独立に所望の角度回動することにより出射ビームの角度補正を行なうことを特徴とする墨出し装置。
【請求項９】
半導体レーザよりなる光源と、該光源から出射した光をコリメート光に変換する光学素子と、コリメート光の出射角度を微調整するビーム出射角度補正用光学ユニットと、出射角度が補正されたコリメート光からライン光を発生する光学系を備えたレーザ墨出し装置であって、上記ビーム出射角度補正用光学ユニットは、ガラス又はプラスチック等の光透過体からなる第１のウェッジプリズムと、該第１のウェッジプリズムを保持するための第１のホルダと、上記第１のウェッジプリズムと近接又は密着して配置される光透過体からなる第２のウェッジプリズムと、該第２のウェッジプリズムを保持する第２のホルダと、上記第１及び第２のウェッジプリズムの一方を固定し、他方を所定の軸を中心に回動する手段を有し、第１のウェッジプリズムに入射したビームを第２のウェッジプリズムから出射するように構成すると共に、上記第１又は第２のウェッジプリズムを所望の角度回動することにより出射ビームの角度補正を行なうことを特徴とするレーザ墨出し装置。
【請求項１０】
半導体レーザよりなる光源と、該光源から出射した光をコリメート光に変換する光学素子と、コリメート光の出射角度を微調整するビーム出射角度補正用光学ユニットと、出射角度が補正されたコリメート光からライン光を発生する光学系を備えたレーザ墨出し装置であって、上記ビーム出射角度補正用光学ユニットは、ガラス又はプラスチック等の光透過体からなるウェッジプリズムと、該ウェッジプリズムを所定の軸を中心に回動可能に保持する手段を有し、上記ウェッジプリズムの頂角を挟む一方の面に光ビームを入射し、頂角を挟む他方の面から光ビームを出射するように構成すると共に、上記ウェッジプリズムを所望の角度回動することにより出射ビームの角度補正を行なうことを特徴とするレーザ墨出し装置。
【請求項１１】
請求項８において、第１及び第２のプリズム回転軸とｘｙｚ座標系のｚ軸が平行となるように出射ビーム角度補正光学ユニットを配置し、入射ビームとｚ軸のなす角度γのｙｚ平面への正射影をγ１ｙｚ及びｘｚ平面への正射影をγ１ｘｚ、各プリズムの屈折率をｎ、各プリズム頂角をαとした時、−２≦γ１ｙｚ／（ｎ−１）α≦２    −２≦γ１ｘｚ／（ｎ−１）α≦２を満たすように各プリズム頂角αを設定したことを特徴とするレーザ墨出し装置。
【請求項１２】
請求項１１において、ビーム出射角補正光学ユニットにおける出射ビームとｚ軸のなす角度βのｙｚ平面への正射影をβｙｚ及びｘｚ平面への正射影をβｘｚとした時、βｙｚ＝（ｎ−１）α・（ｃｏｓφ１＋ｃｏｓφ２）−γ１ｙｚ
βｘｚ＝（ｎ−１）α・（ｓｉｎφ１＋ｓｉｎφ２）−γ１ｘｚ
を満たすようにｙ軸に対する各プリズムの設置角度φ１及びφ２を設定したことを特徴とするレーザ墨出し装置。
【請求項１３】
請求項８において、ビーム出射角度補正光学ユニットへの入射ビームとｚ軸のなす角度γのｙｚ平面への正射影をγ１ｙｚ及びｘｚ平面への正射影をγ１ｘｚ各プリズムの屈折率をｎ、各プリズム頂角をαとした時、
−１≦γ１ｙｚ／（ｎ−１）α≦１        −１≦γ１ｘｚ／（ｎ−１）α≦１
を満たす各プリズム頂角αを有することを特徴とするレーザ墨出し装置。
【請求項１４】
請求項１３において、ビーム出射角補正光学ユニットからの出射ビームとｚ軸のなす角度βのｙｚ平面への正射影をβｙｚ及びｘｚ平面への正射影をβｘｚとした時、
βｙｚ＝（ｎ−１）α・ｃｏｓφ−γ１ｙｚ
βｘｚ＝（ｎ−１）α・ｓｉｎφ−γ１ｘｚ
を満たすようにｙ軸に対する各プリズムの設置角度φを設定したことを特徴とするレーザ墨出し装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビーム出射角度補正光学ユニット及びそれを搭載したレーザ墨出し装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開平９−１５９４５１号（図１及び図３）
家屋建築の際、特に工事の開始時には各種部材の取り付け基準位置の設定や部材加工の位置決め等に水準線を出す作業、すなわち墨出し作業が必須である。そこで建築現場では、レベル測量儀等の器具を用いてレベル出しを行い、対象となる構造物の壁に複数のマーク（墨）をつけ、それらをつないで墨出しラインを形成し工事基準としていた。
【０００３】
しかし、この作業は最低でも２人で行う必要があり、非常に手間が掛かり、効率が悪いという問題があった。この問題を改善するために、最近ではライン光照射機能を有するレーザ墨出し装置を用いて効率良く墨出し作業を行うことが多くなった。レーザ墨出し装置は１人で墨出し作業を容易に行うことができるため、建築作業には欠かせない建築作業必須ツールとなりつつある。
【０００４】
墨出しラインには床から壁、天井にかけて垂直線を描くいわゆる『たちライン』や２本の『たちライン』を同時に照射させることで天井に直角ラインを描く『大矩ライン（おおがねライン）』あるいは壁に水平線を描く『ろくライン』あるいはレーザ墨出し装置の直下の床上に集光したレーザビームを照射する『地墨』等いろいろなラインが存在する。
【０００５】
レーザ墨出し装置を用いた墨出し作業の効率化を図るには、１台のレーザ墨出し装置で複数の墨出しラインが照射できることが望まれる。そこで最近では１台の装置で２ライン以上のライン照射が可能な装置が提案されている。
【０００６】
１台のレーザ墨出し装置から複数ラインを照射するためには、複数個のレーザ光源を搭載する方式か、１個のレーザ光源から出射されたレーザ光を分割することにより複数ラインを得る方式が考えられる。
【０００７】
レーザ墨出し装置から照射されるライン光は理想的な水平線及び理想的な垂直線に近いほど、ライン指示精度は良くなる。したがって、複数個のレーザ光源を用いる従来のレーザ墨出器では、ライン指示精度を出すために個々のレーザ光源付属の光学系について光学調整を行う必要がある。しかしながらこの組立調整にはかなりの手間がかかり、装置のコストも高くなると言う問題がある。
一方、１本のレーザ光を分割することにより複数のライン光を得る方式としては、例えば特開平９−１５９４５１号に開示されるように、レーザ出射方向に複数のハーフミラーを直列に積層した構造の出射光学系を用いる方式が知られている。しかし、この方式の場合、出射光の角度を調節するためにはハーフミラーの設置角度を微調整する必要があり，機構が複雑かつ部品点数が増えてしまう。ちなみに特開平９−１５９４５１号に示された方式では特にハーフミラーの角度調整機構は設けていないため、出射光の指示精度を高めることは困難である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、このような従来の課題を解決した簡易なビーム出射角度補正ユニット及びそれを搭載したレーザ墨出し装置を提供することにある。
具体的には、本発明はレーザビームの出射角度を簡便に補正することが可能であり、ハーフミラーによりレーザビームを複数本に分割した場合は、分割されたビームの各光路に配置することにより個々にレーザビームの出射角度を補正することができる光学ユニット及びそれを搭載したレーザ墨出し装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明は、ガラス又はプラスチック等の光透過体からなる第１のウェッジプリズムと、該第１のウェッジプリズムを所定の軸を中心に回動可能に保持する手段と、上記第１のウェッジプリズムと近接又は密着して配置される光透過体からなる第２のウェッジプリズムと、該第２のウェッジプリズムを上記所定の軸を中心に上記第１ウェッジプリズムとは独立に回動可能に保持する手段とを有し、第１のウェッジプリズムに入射したビームを第２のウェッジプリズムから出射するように構成すると共に、上記第１及び第２のウェッジプリズムを独立に所望の角度回動することにより出射ビームの角度補正を行なうことに一つの特徴がある。
【００１０】
本発明の他の特徴は、上記第１及び第２のウェッジプリズムの一方を固定し、他方を所定の軸を中心に回動する手段を有し、第１のウェッジプリズムに入射したビームを第２のウェッジプリズムから出射するように構成すると共に、上記第１又は第２のウェッジプリズムを所望の角度回動することにより出射ビームの角度補正を行なうように構成したことにある。
【００１１】
本発明の他の特徴は、ガラス又はプラスチック等の光透過体からなるウェッジプリズムと、該ウェッジプリズムを所定の軸を中心に回動可能に保持する手段を有し、上記ウェッジプリズムの頂角を挟む一方の面に光ビームを入射し、頂角を挟む他方の面から光ビームを出射するように構成すると共に、上記ウェッジプリズムを所望の角度回動することにより出射ビームの角度補正を行なうように構成したことにある。
本発明の他の特徴は、上記各プリズム回転軸とｘｙｚ座標系のｚ軸が平行となるように出射ビーム角度補正光学ユニットを配置し、入射ビームとｚ軸のなす角度γのｙｚ平面への正射影をγ１ｙｚ及びｘｚ平面への正射影をγ１ｘｚ、各プリズムの屈折率をｎ、各プリズム頂角をαとした時、−２≦γ１ｙｚ／（ｎ−１）α≦２−２≦γ１ｘｚ／（ｎ−１）α≦２を満たすようにプリズム頂角αを設定したにある。
【００１２】
本発明の他の特徴は、上記ビーム出射角補正光学ユニットにおける出射ビームとｚ軸のなす角度βのｙｚ平面への正射影をβｙｚ及びｘｚ平面への正射影をβｘｚとした時、
βｙｚ＝（ｎ−１）α・（ｃｏｓφ１＋ｃｏｓφ２）−γ１ｙｚ
βｘｚ＝（ｎ−１）α・（ｓｉｎφ１＋ｓｉｎφ２）−γ１ｘｚ
を満たすようにｙ軸に対する各プリズムの設置角度φ１及びφ２を設定したことにある。
本発明の他の特徴及び効果は以下の実施形態の説明から更に明確に理解される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１は本発明にかかるビーム出射角度補正光学ユニットの一実施例を示す略図である。図において２Ａはガラス又はプラスチック等の光透過体からなる第１のウェッジプリズムであり、プリズムホルダ３Ａに収容されている。この第１のウェッジプリズム２Ａはレーザビームの入射側に配置される。プリズムホルダ３Ａにはプリズム２Ａの高さｈのほぼ１／２の位置に設けられた回転軸（図示省略）を中心にして図のＡ−Ａ’線の矢印の向きに回動可能に支持されている。
【００１４】
一方、２Ｂはガラス又はプラスチック等の光透過体からなる第２のウェッジプリズムであり、プリズムホルダ３Ｂに収容されている。この第２のウェッジプリズム２Ｂはレーザビームの出射側に配置される。プリズムホルダ３Ｂにもプリズム２Ｂの高さｈのほぼ１／２の位置に設けられた回転軸（図示省略）を中心にして上記プリズムホルダ３Ａとは独立に回動可能に支持されている。
【００１５】
第１及び第２のウェッジプリズム２Ａ及び２Ｂは互いに平行な平面を有し、この面を密着配置するビーム出射角度補正光学ユニット１が構成される。なお、本実施形態では第１及び第２のウェッジプリズム２Ａ及び２Ｂの材質として屈折率１．５のガラス材ＢＫ７を用いた。
【００１６】
次に本発明にかかるビーム出射角度補正ユニットの原理について説明する。図２は、図１における第１及び第２のウェッジプリズム２Ａ及び２Ｂを近接又は定着配置して、所定のプリズム頂角αを有するプリズム２とした場合である。まずこの図２を用いてプリズム２の内部をビームが透過した時のふれ角について説明する。
【００１７】
レーザ光源（図示省略）からのビームＢ１がプリズム２の入射面に、その面の法線と角度Ｉ１をもって入射するものとする。この入射光はプリズム２の内部で屈折してビームＢ２として進み、出射面の法線と角度Ｉ２の方向にビームＢ３として出射する。プリズム２の内部においてビームＢ２が入射面の法線となす角度をＩ１、出射面の法線となす角度をＩ２とする。
プリズムの屈折率をｎ、空気の屈折率を１とするとスネルの法則から
入射側では    ｓｉｎＩ１＝ｎ・ｓｉｎＩ１´        （１）
出射側では    ｎ・ｓｉｎＩ２＝ｓｉｎＩ２´        （２）
が成り立つ。
【００１８】
ここでαが極めて小さい場合、（１）、（２）から
Ｉ１＝ｎ・Ｉ１´        （３）
ｎ・Ｉ２＝Ｉ２´        （４）
となる。
次に入射ビームＢ１と出射ビームＢ３が互いになす角度を「ふれ角δ」と定義すると
2004302055.tif 000003
が得られる。すなわち、
ふれ角δ＝（プリズムの屈折率−１）×（プリズム頂角）    （６）
で表される。
【００１９】
次に図３に示すように垂直面を有するプリズム２の垂直面がｘｙ平面と平行になるようにプリズムが置かれた場合を考える。このプリズム２は回転軸ＡＡ´を中心として任意の角度φだけ回転できるものとする。ここで回転軸ＡＡ´はｚ軸と平行である。なお、初期状態ではプリズム２の回転角φは０°とする。
【００２０】
今、プリズム斜面における法線のｘｚ平面及びｙｚ平面への正射影を考える。
【００２１】
プリズム回転角をφ、プリズムの頂角をαとすると、
ｙｚ平面への法線の正射影の式は
ｙ＝ｔａｎα・ｃｏｓφ・ｚ
となるため、頂角の正射影は
ｔａｎ−１（ｔａｎα・ｃｏｓφ）≒α・ｃｏｓφ  となる。
したがって（６）式からｙｚ面におけるふれ角δφｙｚは、
δφｙｚ＝（ｎ−１）α・ｃｏｓφ      （７）が得られる。
【００２２】
同様にｘｚ平面への法線の正射影の式は
ｘ＝ｔａｎα・ｓｉｎφ・ｚ
であるため、頂角の正射影は
ｔａｎ−１（ｔａｎα・ｓｉｎφ）≒α・ｓｉｎφ  となる。
したがって（６）式からｘｚ面におけるふれ角δφｘｚは
δφｘｚ＝（ｎ−１）α・ｓｉｎφ  （８）    が得られる。
【００２３】
また、図４に示すように頂角α１とα２の２種類のプリズム２Ａ及び２Ｂを組合せたプリズムに入射角Ｉ１でビームＢ１が入射し出射ビームＢ３が基準軸（ここではｘ軸）となす角度をβとすると図から明らかなように  β＝δ−Ｉ１＋α１  となる。入射ビームＢ１が基準軸となす角度をγとするとγ＝Ｉ１−α１であるから
β＝δ−（γ＋α１）＋α１
＝δ−γ
が成立する。  すなわち
β＝（組合せプリズムふれ角）−（基準軸と入射ビームがなす角度）（９）
で表される。
【００２４】
一方、頂角α１のプリズム２Ａで得られるふれ角をδ１  頂角α２のプリズム２Ｂで得られるふれ角をδ２とすると、組合せプリズムにより得られるふれ角δは
δ＝δ１＋δ２          （１０）    で与えられる。
【００２５】
今、頂角が共にαである２個のプリズムを組合せた場合について考える。
入射ビーム側のプリズムをφ１、出射ビーム側のプリズムをφ２だけ回転させた場合のふれ角のｙｚ平面成分は（７）式から
δφ１ｙｚ＝（ｎ−１）α・ｃｏｓφ１    （１１）
δφ２ｙｚ＝（ｎ−１）α・ｃｏｓφ２    （１２）
となるので（１０）式から組合せプリズムのふれ角δφｙｚは
δφｙｚ＝（ｎ−１）α・ｃｏｓφ１＋（ｎ−１）α・ｃｏｓφ２    （１３）  となる。
同様にｘｚ平面成分は（８）式から
δφ１ｘｚ＝（ｎ−１）α・ｓｉｎφ１    （１４）
δφ２ｘｚ＝（ｎ−１）α・ｓｉｎφ２    （１５）
となるので（１０）式から組合せプリズムのふれ角δφｘｚは
δφｘｚ＝（ｎ−１）α・ｓｉｎφ１＋（ｎ−１）α・ｓｉｎφ２    （１６）  となる。
したがって出射ビームが基準軸（ここではｚ軸）となす角度βのｙｚ平面成分は（１３）式と（９）式より
2004302055.tif 000004
となる。
同様に出射ビームが基準軸（ここではｚ軸）となす角度βのｘｚ平面成分は（１６）式と（９）式より
βｘｚ＝（ｎ−１）α・ｓｉｎφ１＋（ｎ−１）α・ｓｉｎφ２−γ１ｘｚ
＝（ｎ−１）α・（ｓｉｎφ１＋ｓｉｎφ２）−γ１ｘｚ      （１８）    となる。
基準軸に対して入射ビームがある角度をなす場合に出射ビームと基準軸がなす角度を０°となるように角度補正を行うためには（１７）式及び（１８）式において  βｙｚ＝０  βｘｚ＝０とすればよい。
すなわち
ｃｏｓφ１＋ｃｏｓφ２＝γ１ｙｚ／（ｎ−１）α    （１９）
ｓｉｎφ１＋ｓｉｎφ２＝γ１ｘｚ／（ｎ−１）α    （２０）
が同時に成り立つ場合である。この時、φは０°〜３６０°まで取り得るため、
−２≦ｃｏｓφ１＋ｃｏｓφ２≦２    であるから、
−２≦  γ１ｙｚ／（ｎ−１）α  ≦２    となる。すなわち
−２（ｎ−１）α≦γ１ｙｚ≦２（ｎ−１）α    （２１）となる。同様に
−２（ｎ−１）α≦γ１ｘｚ≦２（ｎ−１）α    （２２）となる。
一般的にガラスあるいはプラスチック材の屈折率は１．４５≦ｎ≦１．９０の範囲に存在しているが、実用的には１．５前後の材料を用いることが多い。そこで（２１）式及び（２２）式においてｎ＝１．５を代入すると
−α≦γ１ｙｚ≦α  （２３）
及び      −α≦γ１ｘｚ≦α  （２４）    となる。
すなわちγ１ｙｚ及びγ１ｘｚはプリズム頂角αより小さければ、完全に０°に補正可能となることが分かる。その時のプリズムの回転角度は（１９）式及び（２０）式から求めることができる。
本実施例ではプリズム材質として一般的な光学ガラスであるＢＫ７（屈折率ｎ＝１．５）を用い、頂角αの大きさが１°であるプリズムを２個用いて出射ビームの角度補正を行った場合について具体的に説明する。
【００２６】
今、入射ビームが基準軸となす角度γをそれぞれγ１ｙｚ＝０．０５°  γ１ｘｚ＝０．５°とし、これらの数値を（１９）式及び（２０）式に入れて計算すると
ｃｏｓφ１＋ｃｏｓφ２＝０．０５／（１．５−１）・１
ｓｉｎφ１＋ｓｉｎφ２＝０．５／（１．５−１）・１
φ１＝２４．４６°    φ２＝１４４．１２°  が得られる。
すなわち、入射ビームが基準軸となす角度がγ１ｙｚ＝０．０５°  γ１ｘｚ＝０．５°である時、入射側プリズムを２４．４６°出射側プリズムを１４４．１２°回転させた位置に配置することにより出射ビームと基準軸がなす角度を０°に補正することが可能となる。
（実施形態２）
図７は本発明にかかる光学ユニットの第２の実施形態を示す。この光学ユニット１は図１と同様に第１のウェッジプリズム２Ａと第２のウェッジプリズム２Ｂとが近接又は密着して配置されているが、第１のウェッジプリズム２Ａを保持するホルダ３Ａは固定配置され、第２のウェッジプリズム２Ｂを保持するホルダ３Ｂのみが軸Ａ−Ａ’を中心にして図の矢印の向きに回動できるように保持されている。
出射側のウェッジプリズム２Ｂのみを回転させて出射ビーム角度を補正する本実施形態の場合は、（１７）式及び（１８）式においてφ１＝０°とした場合に相当する。
すなわち、
βｙｚ＝（ｎ−１）α・（１＋ｃｏｓφ２）−γ１ｙｚ        （２５）
βｘｚ＝（ｎ−１）α・ｓｉｎφ２−γ１ｘｚ              （２６）    となる。
ここでβｙｚ及びβｘｚが０°となる時、上式においてβｙｚ＝０  βｘｚ＝０とすると    １＋ｃｏｓφ２＝γ１ｙｚ／（ｎ−１）α
ｓｉｎφ２＝γ１ｘｚ／（ｎ−１）α
φ２は０°〜３６０°まで取り得るため、
０≦γ１ｙｚ／（ｎ−１）α≦２
−１≦γ１ｘｚ／（ｎ−１）α≦１
すなわち
０≦γ１ｙｚ≦２（ｎ−１）α      （２７）
−（ｎ−１）α≦γ１ｘｚ≦（ｎ−１）α      （２８）    となる。
（２７）式及び（２８）式においてｎ＝１．５を代入すると
０≦γ１ｙｚ≦α      （２９）
−０．５α≦γ１ｘｚ≦０．５α    （３０）  となる。
すなわち２個のプリズム２Ａ及び２Ｂのうち出射側プリズム２Ｂのみを回転させて出射ビーム角度を補正した場合、出射ビームＢ３のうちｙｚ平面成分あるいはｘｚ平面成分のいずれかを０°に補正することが可能である。この時、入射ビームＢ１が基準軸となす角度γとプリズム頂角の間には（２９）式及び（３０）式の関係を満たすことが必要となる。
【００２７】
本実施例ではプリズム材質としてＢＫ７（屈折率ｎ＝１．５）を用い、頂角αの大きさが１°であるプリズムを２個（２Ａ及び２Ｂ）用いて、出射側プリズム２Ｂのみ回転させて出射ビーム（ｙｚ平面成分）の角度補正を行った場合について具体的に説明する。今、入射ビームＢ１が基準軸となす角度γをγ１ｙｚ＝０．０５°とし、これらの数値を（２５）式に入れて計算すると
０＝（１．５−１）・１・（１＋ｃｏｓφ２）−０．０５
ｃｏｓφ２＝１５４．１６°  が得られる。
すなわち、入射ビームＢ１が基準軸となす角度がγ１ｙｚ＝０．０５°である時、出射側プリズム２Ｂを１５４．１６°回転させた位置に配置することによりβｙｚを０°に補正することが可能となる。
（実施形態３）
図８は本発明にかかる光学ユニットの第３の実施形態を示すもので１個のウェッジプリズム２がホルダ３Ａ及び３Ｂにより保持され、このプリズム２がＡ−Ａ’軸を中心に回動できるように構成されている。
１個のプリズム２を用いて出射ビーム角度を補正する場合は（１７）式において（ｎ−１）α・ｃｏｓφ１＝０
及び（１８）式において（ｎ−１）α・ｓｉｎφ１＝０  とした場合に相当する。
すなわち、
βｙｚ＝（ｎ−１）α・ｃｏｓφ２−γ１ｙｚ    （３１）
βｘｚ＝（ｎ−１）α・ｓｉｎφ２−γ１ｘｚ    （３２）      となる。
ここでβｙｚ及びβｘｚが０°となる時、βｙｚ＝０  βｘｚ＝０とすると
ｃｏｓφ２＝γ１ｙｚ／（ｎ−１）α
ｓｉｎφ２＝γ１ｘｚ／（ｎ−１）α
φ２は０°〜３６０°まで取り得るため、
−１≦γ１ｙｚ／（ｎ−１）α≦１
−１≦γ１ｘｚ／（ｎ−１）α≦１
すなわち
−（ｎ−１）α≦γ１ｙｚ≦（ｎ−１）α      （３３）
−（ｎ−１）α≦γ１ｘｚ≦（ｎ−１）α      （３４）        となる。
（３３）式及び（３４）式においてｎ＝１．５を代入すると
−０．５α≦γ１ｙｚ≦０．５α    （３５）
−０．５α≦γ１ｘｚ≦０．５α    （３６）  となる。
すなわち１個のプリズムのみ用いて出射ビーム角度を補正する場合、出射ビームＢ３のうちｙｚ平面成分あるいはｘｚ平面成分のいずれかを０°に補正することが可能である。この時、入射ビームＢ１が基準軸となす角度γとプリズム頂角の間には（３５）式及び（３６）式の関係を満たすことが必要となる。
【００２８】
本実施例ではプリズム材質としてＢＫ７（屈折率ｎ＝１．５）を用い、頂角αの大きさが１°であるプリズムを１個用いて、プリズムを回転させて出射ビーム（ｙｚ平面成分）の角度補正を行った場合について具体的に説明する。今、入射ビームが基準軸となす角度γをγ１ｙｚ＝０．０５°とし、これらの数値を（３１）式に入れて計算すると
０＝（１．５−１）・１・ｃｏｓφ２−０．０５
ｃｏｓφ２＝８４．２６°が得られる。
すなわち、入射ビームが基準軸となす角度がγ１ｙｚ＝０．０５°である時、プリズムを８４．２６°回転させた位置に配置することによりβｙｚを０°に補正することが可能となる。
（実施形態４）
本発明にかかるビーム出射角度補正光学ユニットをレーザ墨出し装置に実装した形態について説明する。図５に示すようにレーザ墨出し装置１０は基本的にはライン光を発生させる光学系１４と光学系を水平に保つための支持機構部１５から構成されている。図６にライン光発生光学系１４の一例の概略を示す。
【００２９】
レーザ墨出し装置本体に対して水平方向に配置した半導体レーザ１６から出射されたレーザビームはコリメータレンズ１７によりビーム断面形状が円形であるコリメート光（平行光）Ｂ１に変換される。本実施形態ではコリメート光Ｂ１のビーム径は２ｍｍになるように設定している。また、この光学系１４にはビームスプリッター４が用いられており、入射光Ｂ１を３本の均一な強度の光に分岐している。すなわちこのビームスプリッター４はこの実施例ではガラス又はプラスチック等の光を透過する３個の部材を貼り合わせて構成され直方体形状をしている。第１の部材と第２の部材の貼り合わせ面には第１の光分離面４１が形成されている。すなわちこの光分離面４１で入射光が透過光と反射光に分離される。
【００３０】
さらに第２の部材と第３の部材の貼り合わせ面には第２の光分離面４２が形成されている。上記の反射光はビームスプリッター４の内部を進み、第２の光分離面４２で更に反射光と透過光に分離されるので３本の分岐光を得ることができる。したがって各光線の光路上にロッドレンズ５１、５２、５３を配置することで３本のライン光を得ることができる。
ここでビームスプリッター４は必ず加工誤差を持っているため、分岐光の出射角度には若干の誤差が含まれる。しかしレーザ墨出し装置の場合、ライン光の指示精度が厳しく規定されており、例えばライン光を照射し１０ｍ先で１ｍｍ以内の指示精度に押さえる必要がある。１０ｍで１ｍｍの精度に押さえるには、ビームスプリッター４の出射光が、理想的な水平線（ｘ軸）となす角度を０．００５°以内としなければならない。つまり各分岐光が理想ラインとなす角度が０．００５°を超える場合、補正が必要となる。この実施例ではビームスプリッター４から出射した光線の各光路にビーム出射角度補正光学ユニット１ａ、１ｂ、１ｃが配置されている。角度補正光学ユニット１ａ、１ｂ、１ｃの後にロッドレンズ５１、５２、５３を配置することにより発生するライン光の角度誤差を０とすることが可能となり、理想ラインと一致させることができる。
今、ビームスプリッター４から出射した光線の１つについて例を示す。ビーム出射角補正光学ユニット１ａに入射するビームが基準軸とそれぞれ
γ１ｙｚ＝０．０５°  γ１ｘｚ＝０．５°の角度誤差を有している場合、これらの数値を（１９）式及び（２０）式に入れて計算すると
ｃｏｓφ１＋ｃｏｓφ２＝０．０５／（１．５−１）・１
ｓｉｎφ１＋ｓｉｎφ２＝０．５／（１．５−１）・１
φ１＝２４．４６°    φ２＝１４４．１２°  が得られる。
すなわち、ビーム出射角補正光学ユニット１ａの入射側プリズムを２４．４６°出射側プリズムを１４４．１２°回転させた位置に配置することにより出射ビームと基準軸がなす角度を０°に補正することが可能となる。同様にして残りの分岐光についてもビーム出射角補正光学ユニット１ｂ及び１ｃを用いて角度補正を行うことができる。その結果、それぞれのロッドレンズ５１、５２、５３を通して発生するライン光の角度誤差を０とすることが可能となり、理想ラインと一致させることができる。
【００３１】
【発明の効果】
上述のように本発明によるビーム出射角度補正光学ユニットを用いれば、簡易な方法で，ビーム出射角度を補正することが可能となる。また、本発明によるビーム出射角度補正光学ユニットをレーザ墨出し装置の光学系に搭載することで非常に高い指示精度のライン光を容易に得ることができるため、低コストで複数本の高精度墨出し用レーザライン光を発生させることが可能となった。その結果、従来は非常に高価であった複数ライン光照射用レーザ墨出し装置を低価格で得ることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるビーム出射角度補正光学ユニットの第１の実施例を示す概略図。
【図２】本発明のビーム出射角度補正光学ユニットによる角度補正原理を示す図。
【図３】本発明のビーム出射角度補正光学ユニットのプリズム配置例を示す概略図。
【図４】組合せプリズムによるビーム偏角作用を示す図
【図５】本発明のビーム出射角度補正光学ユニット搭載のレーザ墨出し装置の概略図。
【図６】本発明のレーザ墨出し装置におけるライン光発生光学系の概略図。
【図７】本発明にかかるビーム出射角度補正光学ユニットの第２の実施例を示す概略図。
【図８】本発明にかかるビーム出射角度補正光学ユニットの第３の実施例を示す概略図。
【符号の説明】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ：ビーム出射角度補正光学ユニット
２Ａ、２Ｂ、２：ウェッジプリズム
３Ａ、３Ｂ：プリズムホルダ
４：ビームスプリッター
１０：レーザ墨出し装置
１４：ライン光発生光学系
１５：支持系
１６：半導体レーザ
１７：コリメートレンズ
４１、４２：光分離面
５１、５２、５３：ロッドレンズ
【図１】
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【図２】
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【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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