(57)【要約】【課題】建築現場等で罫線や基準点を投射する半導体レ−ザ式投光装置で、上下の基準点を投射したり、罫線を長くするためのレ−ザビ−ム分割手段を提供する。【解決手段】三角プリズムの二面或は矩形透明板の一辺を研磨し、透明板の一面とこの研磨辺とを反射面とし、その二面の交わる稜線を半導体レ−ザのレ−ザビ−ムの中に挿入することにより一つのビ−ムを両方向に分割して、夫々を対象面に投射するようにし、更に要すれば分割された光束内に集光レンズを配置して投影される光点を明るくした。【選択図】　図１
2004069684.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振子式に支承されて自動的に垂直姿勢を採る光学系保持体に搭載される光投射光学系を、二つの反射面を有する反射体が、その反射体の上記二つの反射面が交わる稜線が光源の半導体レ−ザから発射される光ビ−ムの中に位置するように挿入され、この稜線で交わる二つの反射面で上記レ−ザビ−ムの一部または全部を二方向に分割することでレ−ザビ−ムを二方向或は三方向に分割し、夫々のビ−ムを対象面に投射するように構成したことを特徴とする基準線或は基準点を投射する装置。
【請求項２】
反射体が一枚の透明板の一辺を板面に対して直角になるように研磨し、この透明板の一面と上記研磨された端面とに反射膜を設け、これらの反射膜を設けた板面と端面とを反射面としたものであって、この反射体を上記二つの反射面の交わる稜線を半導体レ−ザから発射されるレ−ザビ−ムの光軸と直交させつつ、斜めに同ビ−ム中に半ば挿入して、同ビ−ムの上半を上方と下方に反射させ、下半を上記反射体の下を通って前方に直進させるようにした請求項１記載の基準線或は基準点を投射する装置。
【請求項３】
光投射光学系が光源の半導体レ−ザの光を扇形に広がる面状光束として発射するものであって、この扇形面状の光束内に光束を上下および前方の三方向に分割するための反射体が挿入され、上下方向に分割された光束内に側方レンズが挿入されてこれらの光束を投射面に光点状に投射するようになっていることを特徴とする請求項１或は請求項２記載の基準線或は基準点を投射する装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は建築作業とか室内の内装作業等で壁面や天井等に罫線或は目印を投影する光ビーム投射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から建築現場等では半導体レ−ザを用いた投光式の墨出し装置が用いられている（例えば特許文献１参照）。
これは鉛直線と水平線を投影する光学装置を振子式に吊下して鉛直罫線と水平罫線を壁面とか柱面に投影する装置である。
従来のこの種の装置は鉛直線或は水平線またはその両方を投影する機能のみを有していたが、作業現場では床上の一点を基準にして、基準点の真上の天井の一点を明らかにしたい場合、或はその逆に天井の一点の真下の点を明示したい場合があるが、従来は錘を糸で垂下すると言った方法が用いられていた。
【特許文献１】
特開２００１−３１１６２２号公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は鉛直方向の一つの直線の床面および天井面との交点に光点を投影する機能を単独或は水平，鉛直の罫線の投影機能に併せて有する投影装置を提供しようとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は振子式に支持され自動的に垂直姿勢を取る装置本体に、水平方向に光ビ−ムを発射する半導体レ−ザと、このレ−ザ前方で上記光ビ−ム内に挿入された反射体よりなる投光ユニットを取り付けたものであり、上記反射体が二つの平面反射面を交差させたもので、上記両反射面の稜線が水平になるように上記ビ−ム内に挿入配置されていることを特徴とする基準線或は基準点を投射する装置を提供する。
この発明は鉛直罫線と水平罫線を投影する光学系を取付けた装置本体において水平罫線を投影する光学系内に、上記二つの反射面を直交させた反射体を設ける場合も含むものである。
【０００５】
請求項２の発明は請求項１の発明において、反射体が一枚の透明板の一辺を板面に対して直角になるように研磨し、この透明板の一面と上記研磨された端面とに反射膜を設け、これらの反射膜を設けた板面と端面とを反射面としたものであって、この反射体を上記二つの反射面の交わる稜線を半導体レ−ザから発射されるレ−ザビ−ムの光軸と直交させつつ、斜めに同ビ−ム中に半ば挿入して、同ビ−ムの上半を上方と下方に分割して反射させ、下半を上記反射体の下を通って前方に直進させるようにしたものである。
【０００６】
請求項３の発明は請求項１或は２の発明において、光投射光学系が光源の半導体レ−ザの光を扇形に広がる面状光束として発射するようにしたもので、この扇形面状の光束内に光束を上下および前方の三方向に分割する反射体が挿入され、上下方向に分割された光束内に側方レンズが挿入されてこれらの光束が投射面に光点状に投射されるようにしたものである。
【０００７】
【作用】
半導体レ−ザは断面が楕円状のビ−ムを放射するので、適当な集光光学系を用いることで、遠方に楕円状の光スポットを投射できる。このレ−ザビ−ムの中に二つの反射面を交差させた反射体を挿入すると、半導体ビ−ムはこの反射体の稜線で二分される。特に二面が直交しているときはこの二分された光束は互いには一直線をなし、もとの入射ビ−ムとは或る角度で交わる二光束となる。従ってこの反射二光束がもとの入射光束と直交するように反射体を調整すると、装置本体が振子式に支持されて鉛直位置を保っているので、反射された二光束は鉛直方向の上下二点に光スポットを投射することになる。
【０００８】
或は装置本体が鉛直，水平の両罫線を投射する光学系を備えている場合において、水平罫線を投影する扇形光束の中央に、直交する二面の反射面を持つ反射体を、その稜線を水平にして挿入した場合、投影される水平罫線は中央が途切れ、途切れた部分の光束が上下に分かれて天井面と床面に短い線として投影され、鉛直罫線の天井面及び床面に投影れている延長部分と交わって、この上下の各交点が一つの鉛直線の上下両端を示すことになる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１の例は上下の対応点に光点を投影する場合の光学系を示し、図１Ａは斜視図、同Ｂは縦断側面図である。図１で１は鏡筒で上底１ａにスリット７が開口しており、このスリットの両側縁は直角プリズム３の直交二面が適合するように斜めに削除されており、このスリットと直交する方向にビ−ム射出溝１ｃが形成されている。鏡筒１内には非球面レンズ５が上底１ａ内面に当たるように挿入され、押しばね６で上底内面に押圧されている。ばね６を押しているのは半導体レ−ザ４の放熱板２で、放熱板２は両側の突出部２ａを鏡筒１の下端両側の切込み１ｅに嵌合させることで鏡筒１に対する位置決めがなされている。この構造によって半導体レ−ザ４と非球面レンズ５との距離が決まり、このレンズ５を透過したレ−ザビ−ム８はスリット７の長手方向と平行な方向に長い楕円形断面の平行光ビームとなっている。
３は反射体で直角プリズムであり直交二面にメッキが施されて反射面となっていて、この直交二面をスリット７に嵌め込むように鏡筒１の上底１ａ上面に取付ける。このようにすると、レンズ５を透過して進行するレ−ザビ−ム８はプリズム３の稜線で二分され、夫々が入射ビ−ム８と交差する一直線に沿い夫々反対方向に進む反射ビ−ム９となる。この図では鏡筒１の中心線を垂直に画いてあるが、鏡筒１を水平にすると、反射ビ−ム９は鉛直方向上下に進み、天井と床の鉛直方向対応点に光スポットを形成する。即ち振子式に吊り下げられて常に垂直位置をとる支持体にこの装置を水平に取り付ければ上下の対応点を指示す装置が得られる。
【００１０】
図２，３の例は鉛直罫線及び水平罫線を投射する投光式墨出し装置で、水平罫線の一部を上下に分割して投光し天井と床面に投射されている鉛直罫線の延長と交差させて上下の基準点を指示する場合の例である。図２は水平罫線投射光学系を示し，図３は装置の全体を示す。
図２は水平罫線投射光学系で光学系の前方を上向きに画いてある。構造は図１の例と略々同じである。１は鏡筒で、合成樹脂で成型された筒体で、円形の前端板１ａが形成されており、その前表面は鏡筒１の中心軸に対して正確に垂直にしてある。この前端板には中央に投光窓１ｂが穿設され、この投光窓をまたいで、鏡筒１の中心軸と直交するように断面Ｖ字形の溝１ｃが形成してある。このＶ字形溝は幅が円柱レンズＸの直径より稍狭い長方形の溝であっても良い。何れにしても、この溝１ｃに円柱レンズＸを嵌める。溝１ｃは円柱レンズＸがすっぽりとは入らないで、溝に半ば嵌まって支承されている状態になり、円柱レンズＸの中心軸は自然に鏡筒１の中心軸と直交する。Ｙは板ばねで円柱レンズＸと直交する方向に長い矩形板で両端には内向きコ字形の係止爪Ｙａが形成してある。この板ばねを円柱レンズＸに当て、撓めながら両端の係止爪Ｙａを鏡筒の前端板１ａの係止部１ｄにおいて前端板１ａに係止すると、円柱レンズＸは板ばねＹによって溝１ｃに押圧固定される。鏡筒１の前端板１ａの内面は光軸対称レンズ５が嵌まるレンズ座面になっている。光軸対称レンズ５はこの例では非球面レンズを用いているが、普通の球面レンズでも良い。このレンズ５は鏡筒１の後端から挿入され、レンズ前面が前端板内面に当接され、外周が鏡筒内周に嵌まって位置が決まる。７は押え座金で、レンズ５の後面に当接され、コイルばね６の作用でレンズ２を前端板１ａの内面に押圧している。
２は放熱板を兼ねたレ−ザ基台で、中央に半導体レ−ザ４が嵌着され、鏡筒１の内周に適合する外径を有して、鏡筒１の後端部に前後方向に摺動可能に嵌合される。コイルばね６はこの基台２によって押圧圧縮されて、押さえ座金７を押しているのである。レ−ザ基台２は両側に放熱翼２ａが張り出しており、この放熱翼は鏡筒１の後端両側の切込み１ｅに嵌合して基台２の回転を阻止している。基台２は投光器としての焦点合わせ終了後、接着剤で鏡筒１に固定される。
【００１１】
以上の構成によってレ−ザビ−ムは扇形に拡がる板状の光束となり、壁面に直線像を投射する。鉛直罫線を投射する光学系も上記と全く同じ構造で円柱レンズの軸方向を水平方向にして光学系を本体に取付けるのである。
鏡筒１の前方（図では上方）に腕材１０（図２Ｂ）が突出して取付けられる。この腕材はコ字をしており、コ字形の中間辺の内側に反射体の直角プリズム３が斜辺によって接着してある。直角プリズムの直交二面はメッキしてあり、入射光束を二分して互いに反対方向に反射させる反射体となっている。腕材１０の上下二辺には窓孔１０ａが設けられており、反射体３で両方向に反射された光束が通過できるようにしてある。
反射体３はその稜線が水平罫線投射光学系から発せられる扇形板状光束の中央部の光束の厚さの中心位置に位置するようにしてあるので、反射体３によって切取られた光束部分が上下に分かれて反射されて、天井と床面に短い光の線を投射し、光束の残りの部分が前方の壁面に水平罫線を投射することになる。
【００１２】
図３は図２の例を用いた投射式墨出し装置の全体を示す。Ｍが支持体で上部に鉛直罫線を投射する鉛直指示投光器Ｖ、前面に水平罫線を投射する水平指示投光器Ｈが取付けられている。Ｍを支持体と云うのは、これらの投光器を支持しているからである。支持体Ｍは２軸回転自由な機構により装置本体Ｂに保持されている。ｙは上記２軸回転自由機構のｙ軸で、ｘ軸ｘに直交して固定され、軸ｙ，ｘは一体となってＴ字形になっている。ｘ軸は装置本体Ｂに回動自在に保持されている。支持体Ｍはこのｙ軸に回動自在に保持させてある。Ｚは上下に向けて基準点を投射する基準点投光機構である。この投光機構は図２に記載したのと少し異なり図３Ｂに示すように、反射体３の下側の面のメッキ部分３ｓの幅を狭くしてある。この構造により、前方には中央が途切れた水平罫線が投射され、天井には鉛直罫線と直交して短い横線が投射されて天井の基準点を指示し、下方には反射面３ｓの幅が狭いため、横線が短くなって点状の光点となって投射され、鉛直罫線の延長が投射されていなくても、床面の基準点が指示される。
ｘ軸ｘには扇形の銅板ｓが固定してあり、ｘ軸を支承している装置本体Ｂの起立壁に取付けられた磁石ｍと対向させてある。支持体Ｍがｘ軸回りに搖動するときは銅板ｓがｘ軸と共に回動し、磁石ｍとの間に渦電流による制動力が働いて支持体Ｍのｘ軸回りの搖動を減衰させる。ｙ軸ｙはｘ軸に直交固定されており、その両端に腕板ａが固着されて、その下端部に磁石ｍ’が取付けてある。支持体Ｍはｙ軸に回動自在に保持されているので前後に搖動するが、この支持体Ｍの両側下部に銅板ｓ’が固着されて磁石ｍ’と対向させてある。このため支持体Ｍがｙ軸回りに搖動すると銅板ｓ’と磁石ｍ’との間の相対運動により生じる渦電流によって支持体Ｍのｙ軸回りの搖動が制動される。銅板ｓ’は支持体を垂直にするための錘をも兼ねている。
【００１３】
図４は光束分割手段の他の例を示す。この例は図２の例の変形で、反射体３の直交二面の交わる稜線を僅かに平面に研磨してプリズムの断面を台形にし、この研磨部３ｂはメッキせず透明の侭とした。平面に研磨された稜線部３ｂは細いスリットとして作用し、この反射体への入射光束のうち、この稜線部３ｂに入射した分はそのまゝ直進し、稜線の両側の直交二面の部分に入射した分は上下に分割されて互いに反対方向に反射される。かくして入射光束は三分割されることになる。
上述反射体３を図２における水平罫線投射光学系の前面に円柱レンズＸに近接させて配置し、光学系から出射する光束の全体が反射体３に入射するようにすると、前方に水平罫線が投射され、天井面と床面とには、鉛直罫線の延長と直交する罫線が投射されることになる。
【００１４】
図５は投射する罫線を延長して広角範囲に罫線を投射できるようにするための工夫であって、図２の例で鉛直罫線投射光学系に用いると天井，床面共に罫線が長くなり、単に上下の対応点の指示だけでなく、天井と床とに上下対応関係で縦の罫線を投射できるようになる。
鏡筒１に半導体レ−ザ４およびレンズ５が取付けられる構造は図１，２の例と同じである。鏡筒１の上底１ａの中央には透孔１ｆが穿たれ、透孔１ｆの両岸は頂角６０°のＶ溝になっていて、６０°プリズムの二面をメッキした反射体３０がメッキした面が交わる稜線を下にして、このＶ溝に支承される。上底１ａの上に蓋体１５が取付けられる。蓋体１５は両肩が夫々直角に削られて頂角９０°のＶ溝１５ａを形成している。この溝は蓋体１５の内面に開口しており、夫々は円柱レンズ１６を支承している。蓋体１５は鏡筒１の上底１ａに重ねられ、結合片１７により上底に固定される。
【００１５】
上述光学的構成により、反射体３０に入射するレ−ザビ−ムは６０°で交わる反射面で二分割され、夫々が互いに１２０°隔てた二光束となり、各々が円柱レンズ１６に入射して頂角が１４６°の扇形の板状光束となって、対向壁面に罫線を投射する。両方の罫線は鏡筒１の前方（図では上方）でつながり、角範囲で約２６０°の罫線を投射することができる。
【００１６】
図６は光束分割用の反射体の別実施例を示す。反射体３は幅約３ｍｍの矩形で厚さ０．５ｍｍの透明板で幅方向の一辺の端面を板面と直角をなすように研磨し、一方の板面からこの端面にかけて反射膜３’を着けたものである。この反射体３はレ−ザビ−ム８の光軸に対して板面と上記研磨面との交線が直交し、板面が４５°となるようにして、ビ−ム８の厚さの略々半分の深さまで挿入される。このためレ−ザビ−ム８の下半分はその侭直進して前方の壁（不図示）に水平罫線像或は光点像を形成し、ビ−ム８の上半は上下に分割されて天井面と床面（不図示）とに短い線像を形成する。
この例の反射体３は前述したプリズム型の反射体に比し製作が容易であり、取り付けも容易正確に出来る利点がある。
【００１７】
図７は上下方向に分割されたレ−ザビ−ム８内にレンズ１８を挿入して、天井面或は床面に投射される光の線像を集光して光点状にすることで輝度を高め、見易くした例である。４０は光学系ブロックで円柱レンズＸ、反射体３およびレンズ１８を保持するブロックである。鏡筒１は図１に示されたものと同じで半導体レ−ザ４，レンズ５を保持する。但し反射体とか円柱レンズ等は保持させないので上底１ａの上面は平坦で、円柱レンズＸの位置を決めるＶ溝１ｖが設けられている。ブロック４０は中心線と同軸に貫通孔４１が穿たれており、この貫通孔の下半は鏡筒１の外周に嵌合せしめ得るよう大径にしてあり鏡筒１の頭部に嵌着される。ブロック４０の上面には中心より０．３ｍｍずらせて底頂角が９０°のＶ溝４２が形成してある。また下面にはブロックの中心を通りＶ溝４２と直交するようにＶ溝４３が切ってある。更にブロック４０の側面には、Ｖ溝４３と平行に貫通孔４４が穿孔してある。貫通孔４４の中心線はＶ溝４２の底の稜線と直角に交差させてある。設計によっては図のように、貫通孔４４の下部がＶ溝４３の底と重なって貫通孔の下部が開放状態になるが支障はない。貫通孔４４には両端側から座ぐりがしてあり、座ぐりの底に当たるようにレンズ１８が挿入され座ぐり底に接着固定される。
【００１８】
反射体のガラス板３はＶ溝４２の片方の斜面に反射膜を着けた面を当て研磨した端面が反対側の斜面に接するように溝４２の片方の斜面に取り付けられる。この取り付けは直接接着によっても良いが、接着剤層の厚さのばらつきが誤差原因になるので、押え部材４５を用いこれをＶ溝４２の反対側の斜面に接着するのが良い。反射体３と側方レンズ１８とが取り付けられたブロック４０は、鏡筒１の上底１ａ上面のＶ溝１ｖに円柱レンズＸを載せた上に被せるようにして鏡筒１の頭部に嵌着され、両側面の止めねじ４６により鏡筒１に固定される。円柱レンズＸは鏡筒１のＶ溝１ｖとブロック４０下面のＶ溝４３とに挟まれて位置が決まると共に固定される。
【００１９】
上述した光学系でレ−ザ４から放射されるレ−ザビ−ム８はレンズ５によって円柱レンズＸ内に集光せしめられ、円柱レンズにより図に鎖線で示されるように扇形板状に広がる光束Ｆとなる。この扇形の中心は円柱レンズＸ内にあるので、側方レンズ１８の焦点がこの扇形の中心付近に来るようにしておくことで上下方向に分割反射されたレ−ザ光束は扇形に広がることなく集光されて、天井面，床面に明るい光のスポットが投影されるのである。
【００２０】
【発明の効果】
本発明は建設或は建物の内装の現場で壁面等に水平，鉛直の基準となる縦横の罫線を投射する投光式の墨出し装置の一種で、天井面と床面の上下対応点を指示する光点を投射できるようにしたもので、一つの半導体レ−ザのレ−ザビ−ムを互いに反対方向に二分割するようにしたから、光源は一つでよく、ビ−ムを二分割するのにプリズムの二つの面をメッキして反射面とし、その二面の交わる稜線をビ−ムの中に入れて両方向に反射させるので、光学的構造が簡単で反射面の位置調整もきわめて容易であり、現場向きの装置として最適なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における光学系を示し、（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は縦側断面図である。
【図２】本発明の他の実施形態の光学系を示し、（Ａ）は分解斜視図であり、（Ｂ）は腕材及び反射体の斜視図である。
【図３】上例の光学系を用いた装置の全体を示し、（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は反射体の斜視図である。
【図４】光束分割手段の他の例を示す図である。
【図５】投射罫線を延長するための光束分割手段を示す図である。
【図６】光束分割手段の反射体の他の例を示す図である。
【図７】上下方向に投影される光点を明るくするようにした例を示す図で、（Ａ）は縦断面、（Ｂ）は（Ａ）図を右から見た一部切欠側面図で、（Ｃ）は平面図である。
【符号の説明】
１　　　鏡筒
２　　　放熱板
３　　　反射体（直角プリズム）
４　　　半導体レ−ザ
５　　　レンズ
６　　　ばね
１８　　集光用レンズ
４０　　光学系ブロック
Ｘ　　　円柱レンズ
【図１】
2004069684.tif 000003
【図２】
2004069684.tif 000004
【図３】
2004069684.tif 000005
【図４】
2004069684.tif 000006
【図５】
2004069684.tif 000007
【図６】
2004069684.tif 000008
【図７】
2004069684.tif 000009