(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビームの集光距離を変更する集光距離変更手段と、前記レーザビームの照射方向を回転させる回動部を備えたレーザ測量機において、
前記回動部の回転速度が所定値未満になったとき、前記レーザビームを平行光線又は発散光にするように前記集光距離変更手段を制御する制御部を備えたことを特徴とするレーザ測量機。
【請求項２】
前記集光距離変更手段は、フォーカスレンズと該フォーカスレンズを移動させるフォーカスモータであることを特徴とする請求項１に記載のレーザ測量機。
【請求項３】
前記制御部は、傾斜センサからの傾斜信号を受けたときにも、前記レーザビームを平行光線又は発散光にするように集光距離変更手段を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ測量機。
【請求項４】
前記制御部は、前記回動部の回転を停止させるキー入力を受けたときにも、前記レーザビームを平行光線又は発散光にするように集光距離変更手段を制御することを特徴とする請求項１、２又は３に記載のレーザ測量機。
【請求項５】
前記制御部は、設定された集光距離に応じてスキャン幅とスキャン速度を設定するようにしたことを特徴とする請求項１、２、３又は４に記載のレーザ測量機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、室内外で工事等を行うとき、レーザビームを照射して、水平面や鉛直面等の基準面を指示するレーザ測量機（レベルプレーナ）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のレーザ測量機は、図５に示したように、メインモータ１８（図６参照）により駆動される回動部６から可視レーザビーム２０を出射して、レーザビーム２０を回転照射又はスキャンすることにより、壁面３などの対象物に対して水平面を示すようになっている。
【０００３】
このレーザ測量機１の光学系とこの光学系を制御する制御系について、特開平１１−２３０７４７号公報に開示されたものを図６に示す。前記公報に開示されたレーザ測量機１では、発光部５から出射されたレーザビーム２０を回動部６内のペンタプリズム１４で反射することにより、レーザビーム２０を水平面内で回転照射し、壁面３等に設置されたターゲット２を照射するようになっている。
【０００４】
発光部５は、レーザ光を出射するレーザダイオード１１と、レーザダイオード１１から出射されたレーザ光を平行光線のレーザビーム２０とするコリメータレンズ１２と、出射するレーザビーム２０を透過させるとともに、ターゲット２で反射してきたレーザビームを直角方向へ反射するビームスプリッタ１３を備えている。
【０００５】
回動部６は、発光部５から出射されたレーザビーム２０を直角方向に反射するペンタプリズム１４と、このペンタプリズム１４を支持するとともに発光部５の光軸回りに回転できるようにされた回転支持体１５と、この回転支持体１５を歯車１６、１７を介して回転駆動するモータ１８と、ペンタプリズム１４の回転角を検出するエンコーダ１９を備えている。
【０００６】
レーザ測量機１から出射されたレーザビーム２０は、ターゲット２で反射されると、ペンタプリズム１４とビームスプリッタ１３で反射され、受光部７に入射するようになっている。受光部７は、反射してきたレーザビームを集光するコンデンサレンズ２１と、集光されたレーザビームを受光して受光量に応じた信号を発生する受光素子２２を備えている。
【０００７】
受光素子２２からの信号は、反射光検出部２３を経て制御部（マイクロコンピュータ）８に入力される。制御部８には、エンコーダ１９からペンタプリズム１４の回転角も入力されるようになっている。制御部８は、受光素子２２からの信号とエンコーダ１９からの回転角に基づき、発光素子駆動部９とモータ駆動部１０へ制御信号を送り、レーザダイオード１１の発光とモータ１８の回転速度と回転方向を制御している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
最近では、レーザ測量機の用途が広がり、より遠方にレーザビームを照射できることが求められている。そこで、遠方に設置したターゲットを照射しても高い視認性が得られるように、レーザビームの出力を大きくし、照射面における輝度を高めたものが増えている。ところで、これらのレーザ測量機では、所望の位置における視認性を高めるために、ターゲットまでの距離に応じてレーザビームを集光する集光手段を備えているものがある。
【０００９】
しかしながら、レーザビーム２０をターゲット２上に集光するようにすると、レーザビーム２０のエネルギーが一点に集中するので、万一レーザビーム２０が静止して一点を照射した状態でターゲット２の側で作業している作業者の目に当たった場合、目に悪影響を及ぼす恐れがあるという不都合がある。
【００１０】
そこで、前記の不都合を解消するため、ターゲット上に集光するレーザビームを出射するレーザ測量機において、作業者が安全に作業できることが求められていた。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明では、レーザビームの集光距離を変更する集光距離変更手段と、前記レーザビームの照射方向を回転させる回動部を備えたレーザ測量機において、前記回動部の回転速度が所定値未満になったとき、前記レーザビームを平行光線又は発散光にするように前記集光距離変更手段を制御する制御部を備えた。
【００１２】
請求項２に係る発明では、請求項１に係る発明において、前記集光距離変更手段をフォーカスレンズと該フォーカスレンズを移動させるフォーカスモータとから構成した。
【００１３】
請求項３に係る発明では、請求項１又は２に係る発明において、前記制御部は、傾斜センサからの傾斜信号を受けたときにも、前記レーザビームを平行光線又は発散光にするように集光距離変更手段を制御するようにした。
【００１４】
請求項４に係る発明では、請求項１、２又は３に係る発明において、前記制御部は、前記回動部の回転を停止させるキー入力を受けたときにも、前記レーザビームを平行光線又は発散光にするように集光距離変更手段を制御するようにした。
【００１５】
請求項５に係る発明では、請求項１、２、３又は４に係る発明において、前記制御部は、設定された集光距離に応じてスキャン幅とスキャン速度を設定するようにした。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の望ましい実施例について、図面を用いて詳細に説明する。図１に、本実施例のレーザ測量機の光学系とこの光学系を制御する制御系のブロック図を示す。
【００１７】
本実施例のレーザ測量機１は、鉛直上方へレーザ光３１を出射するレーザダイオード等の上側光源３０と、フォーカスモータ５０によって位置変更されて、上側光源３０から出射されたレーザ光３１の集光位置を変更するフォーカスレンズ３６と、出射されたレーザ光３１を透過させ、ターゲット２から反射してきたレーザ光を直角方向へ反射するビームスプリッタ３８と、出射されたレーザ光３１を集光して出射するレーザビーム３２とする対物レンズ４０と、出射するレーザビーム３２の位置ずれを補正する楔ガラス４２と、出射するレーザビーム３２を円偏光とするλ／４板４４と、出射するレーザビーム３２の一部を鉛直方向に透過させ、残りを水平方向に反射するペンタプリズム４６を備えている。
【００１８】
フォーカスレンズ３６は、図２に示したように、一側がばね５８に当接し、他側に設けられた凸部５６がフォーカスモータ（ステッピングモータ）５０の出力軸５２先端に固着された三角部材５４の斜面と当接させてある。三角部材５４はガイド部材５７に摺動自在に取り付けてあり、フォーカスモータ５０の出力軸５２は軸方向へ移動するようになっている。フォーカスモータ５０の出力軸５２が軸方向へ移動すると、三角部材５４がガイド部材５７に沿って摺動するとともに、三角部材５４の斜面がフォーカスレンズ３６の凸部５６を押圧して、フォーカスレンズ３６がばね５８の反力に抗して移動させられ、このことによって集光距離が変更される。図２ではレーザ光をさえぎっている機構になっているが、実際にはレーザ光をさえぎらないように各部材の中央に図示しない穴を設けている。
【００１９】
ガイド部材５７には、三角部材５４の位置を検出する図示しない位置センサが設けられていて、この位置センサからの信号がリミッター５９に入力されるようになっている。リミッター５９は、位置センサからの信号により三角部材５４が規制位置に来たことを検出すると、マイクロコンピュータ８０へ規制信号を送り、三角部材５４の移動を規制するものである。すなわち、リミッター５９は、三角部材５４が基準位置からステッピングモータであるフォーカスモータ５０を所定パルス数逆転させた位置に来ると、それ以上の逆転を規制するものであり、このとき、レーザ測量機１から出射するレーザビーム３２は平行光線又は発散光となる。また、リミッター５９は、三角部材５４が基準位置からフォーカスモータ５０を所定パルス数正転させた位置に来ると、それ以上の正転をも規制するものであり、このとき、レーザ測量機１から出射するレーザビーム３２の集光距離は最小となる。
【００２０】
ここでは、フォーカスレンズ３６とフォーカスモータ５０から集光距離変更手段を構成したが、集光距離変更手段は、対物レンズ４０とこれを移動させる装置等、集光距離を変更できるものであればどのようなものでもよい。
【００２１】
ペンタプリズム４６は、メインモータ（ステッピングモータ）６０で回転駆動される回転支持体６２上に固定されていて、ペンタプリズム４６とメインモータ６０とで、レーザビーム３２の出射方向を回転させる回動部を構成している。メインモータ（ステッピングモータ）６０と回転支持体６２の中心軸に沿っては、レーザビーム３２を通過させるため図示しない過貫孔が軸中心に設けてある。出射するレーザビーム３２はペンタプリズム４６内部で２回反射されて水平方向に出射され、ペンタプリズム４６はメインモータ６０によって水平回転するので、出射するレーザビーム３２は平面を形成する。また、出射するレーザビーム３２の一部は、鉛直出射するレーザビーム３４となり、ペンタプリズム４６及びプリズム４８を透過し、そのまま上方へ出射される。出射するレーザビーム３２、３４は、傾斜センサ７８と図示しない整準装置により、水平面及び鉛直線を形成することが維持される。
【００２２】
一方、レーザダイオード等の下側光源６４から出射されたレーザ光６６は、集光光学系６７を経てレーザ測量機１から下方へ出射されて鉛直線が設定される。両光源３０、６４は、バッテリーが装着される電源装置６８に接続されている。
【００２３】
レーザ測量機１から出射されたレーザビーム３２は、壁面等に取り付けられたターゲット２で反射されると、今来た光路を逆進し、ペンタプリズム４６で反射され、さらにビームスプリッタ３８で直角方向に反射され、集光レンズ７０を経てフォトダイオード等の受光器７２に入射するようになっている。受光器７２の出力は、増幅器７４で増幅され、波形整形回路７５で波形をパルス波に整形されて、レーザ測量機１の制御部であるマイクロコンピュータ８０に入力されるようになっている。
【００２４】
また、図３に示したように、レーザ測量機の操作パネル７６には、電源をオンオフする電源キー８２、出射するレーザビーム３２の集光距離の設定値を変更するための設定値変更キー８４ａ、８４ｂ、出射するレーザビーム３２をスキャンモード、ストップモード、鉛直モード、受光器モードに変更するためのモード切替えキー８６、レーザ測量機１のエラー、電源電圧低下、モード、集光距離の設定値等を表示するＬＥＤ等の各表示部８８、９０、９２、９４等が設けられている。設定値変更キーとしては、テンキーを用いてもよいが、キー数を減らして操作を容易にするため、後述する設定値を上げるキー８４ａと下げるキー８４ｂのみを設けている。
【００２５】
マイクロコンピュータ８０には、電源装置６８からの電源電圧、傾斜センサ７８から傾斜信号、ペンタプリズム４６の回転角を検出するエンコーダ４９からの出力信号パルス、設定値変更キー８４ａ、８４ｂで設定された集光距離、受光器７２からの信号等が入力され、これらの入力に基づいて、電源装置６８、メインモータ６０、フォーカスモータ５０及び操作パネル７６上の表示部を制御するようになっている。
【００２６】
ここで、マイクロコンピュータ８０は、反射光が戻って来て受光器７２からの出力パルスが送られてきたときの方向をスキャンの中心とするとともに、エンコーダ４９から送られてくるパルス数により基準方向から角度を算出し、さらに毎秒あたりのパルス数によりスキャン速度を算出する。そして、マイクロコンピュータ８０は、出射するレーザビーム３２が設定されたスキャン速度ｖとスキャン幅θになるように駆動パルスをメインモータ６０に送ることにより、図５に示したように、レーザビーム３２を設定されたスキャン速度ｖとスキャン幅θでスキャンさせている。
【００２７】
また、マイクロコンピュータ８０は、設定値変更キー８４ａ、８４ｂによって設定された集光距離に従って、フォーカスモータ５０へ制御信号を送り、フォーカスレンズ３６を移動させることによって、出射するレーザビーム３２の集光距離を設定値に制御する。このとき、集光距離の設定値を表示部９４ａ−ｅに表示して、集光距離の設定値変更を容易にしている。
【００２８】
そして、マイクロコンピュータ８０は、設定された集光距離に応じて、後述するようにスキャン速度ｖとスキャン幅θを自動的に設定して、このスキャン速度ｖとスキャン幅θに従って、メインモータ６０へ駆動パルスを送って、メインモータ６０の回転方向と回転速度を制御している。このように、スキャン速度ｖとスキャン幅θの設定値の入力を省くことにより、作業能率を高めている。
【００２９】
スキャン幅θとスキャン速度ｖは、レーザビーム３２の集光距離が遠い場合には小さくし、逆に、集光距離が近い場合には大きくするようにする。ターゲット２までの距離に応じて最も視認性がよくなるように、後記表１に示したように、８段階の距離設定段階と、各距離設定段階ごとの集光距離、スキャン幅θ及びスキャン速度ｖを決定した。マイクロコンピュータ８０は、この表１を予め記憶しておき、設定された集光距離に応じて、表１を参照して、スキャン幅θ及びスキャン速度ｖを設定する。
【００３０】
【表１】
0004606636.tif 000002
【００３１】
もちろん、設定距離段階を８段階よりもっと多くしてもよいし、もっと少なくしてもよい。ただし、どのような距離に対しても満足できるレーザビームの視認性を得ることと、表を記憶したり参照する負担が増さないことを両立させるには、表１の８段階程度の設定距離段階とすることが適当である。
【００３２】
さらに、本実施例では、マイクロコンピュータ８０は、エンコーダ４９の出力によりメインモータ６０の回転速度が所定値未満となったことが判ったときには、出射するレーザビーム３２を平行光線又は発散光とするようにフォーカスレンズ３６を動かす指令信号をフォーカスモータ５０へ送るとともに、出射するレーザビーム３２が平行光線又は発散光であることを示す表示部９４ｅを点灯させる。このため、エンコーダ４９の出力からメインモータ６０が所定回転速度未満と判ったときには、出射するレーザビーム３２は、必ず平行光線又は発散光となって、ある程度の広さの領域にエネルギーが分散されるので、万一出射するレーザビーム３２が作業者の目に当たっても、目に悪影響を及ぼす恐れはほとんどない。
【００３３】
ところで、本実施例のレーザ測量機１では、メインモータ６０の回転速度が所定値未満となるのは、以下の場合である。
【００３４】
一つめは、レーザビーム３２を静止させて一点のみを照射する「ストップモード」の場合で、このときには、メインモータ６０の回転は停止している。二つめは、作業中にレーザ測量機が衝撃等により傾いてしまい、整準エラーを起こし、後述の傾斜センサ７８の計測範囲を越えたときで、このときには、出射するレーザビーム３２を照射した状態でメインモータ６０の回転を停止させ、出射するレーザビーム３２を点滅させることにより、ターゲット２側にいる作業者に整準エラーを起こしたことを伝達できるようにしている。三つめは、予期しないメインモータ６０の故障等のあった場合で、このときには、回転速度が所定値未満になったり、回転が停止することがありうる。
【００３５】
ここで、図４に示したマイクロコンピュータ８０のフローチャートを用いて、メインモータ６０の回転速度が所定値未満となったときに、出射するレーザビーム３２を平行光線又は発散光とするしくみを説明する。レーザ測量機１は、図示しない整準台上に回転可能に載置されている。傾斜センサ７８は、光学式で、例えば、特開平２−４２３１１号公報に記載の２軸方向の傾斜センサが用いられる。
【００３６】
まず、レーザ測量機１を始動すると、ステップＳ１に進み、マイクロコンピュータ８０は、傾斜センサ７８からの傾斜信号を受け取り、出射するレーザビーム３２を水平に出射するために無視できないレーザ測量機１本体の傾斜の有無を判断する。ここで、無視できない傾斜があると判断したときには、ステップＳ８に進み、上側光源３０から出射するレーザ光３１を点滅させ、次にステップＳ５に進み、メインモータ６０を停止させる停止信号をメインモータ６０に送り、メインモータ６０を停止させる。続いてステップＳ６に進み、出射するレーザビーム３２が平行光線又は発散光となるようにフォーカスレンズ３６を移動させる指令信号をフォーカスモータ５０へ送り、出射するレーザビーム３２を平行光線又は発散光にし、最後に前述のステップＳ１へ戻る。
【００３７】
無視できない傾斜がないと判断したときは、ステップＳ２に進んで、マイクロコンピュータ８０は、出射するレーザビーム３２の照射状態を切り替えるモード切替えキー８６が押されたか否かを調べる。ここで、モード切替えキー８６が押されていなければ、後述のステップＳ４に進む。
【００３８】
モード切替えキー８６が押されていれば、ステップＳ３に進んで、マイクロコンピュータ８０は、ストップモードになっているか否かを調べる。ここで、ストップモードとなっているときには、前述のステップＳ５に進み、続いて前述のステップＳ６に進み、最後にステップＳ１に戻る。一方、ストップモードになっていないときには、後述のステップＳ４に進む。
【００３９】
ステップＳ４に進むと、エンコーダ４９から送られてくる単位時間毎のパルス数からメインモータ６０の回転速度を演算し、この回転速度が所定値未満か否かを判断する。そして、この回転速度が所定値未満であるときは、ステップＳ７に進み、上側光源３０から出射するレーザ光３１を点滅させ、続いて前述のステップＳ５に進み、メインモータ６０を停止させ、さらにステップＳ６を経て、最後にステップＳ１へ戻る。一方、この回転速度が所定値以上のときは、直ちにステップＳ１に戻る。
【００４０】
以上のマイクロコンピュータ８０の動作から分かるように、メインモータ６０の回転速度が所定値未満となったことを検出してからだけでなく、レーザ測量機１の姿勢が傾いたり、ストップモードにされて、メインモータ６０を停止する場合には、直ちに出射するレーザビーム３２を平行光線又は発散光とするので、いっそう安全である。
【００４１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１又は２に係る発明によれば、回動部が所定回転速度未満のときには、レーザビームは、必ず平行光線又は発散光となって、ある程度の広さの領域にエネルギーが分散されるので、万一レーザビームが作業者の目にあたっても危険性はほとんどない。
【００４２】
請求項３に係る発明によれば、さらに、レーザ測量機の姿勢が傾いたときに回動部を停止する場合にも、直ちにレーザビームを平行光線又は発散光とするので、いっそう安全である。
【００４３】
請求項４に係る発明によれば、さらに、レーザ測量機をストップモードにしたときに回動部を停止する場合にも、直ちにレーザビームを平行光線又は発散光とするので、いっそう安全である。
【００４４】
請求項５に係る発明によれば、さらに、設定された集光距離に応じて、スキャン速度とスキャン幅を自動的に設定したので、スキャン速度とスキャン幅の設定値の入力を省いて作業能率を高めている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例のレーザ測量機の光学系及びこの制御系を示す図である。
【図２】同じくレーザ測量機のフォーカスレンズを移動させる機構を示す図である。
【図３】同じくレーザ測量機の操作パネルを示す図である。
【図４】同じくレーザ測量機のマイクロコンピュータのフローチャートである。
【図５】従来のレーザ測量機の概観を示す斜視図である。
【図６】従来のレーザ測量機の光学系及びこの制御系を示す図である。
【符号の説明】
１    レーザ測量機
３６    フォーカスレンズ（集光距離変更手段）
４６    ペンタプリズム（回動部）
５０    フォーカスモータ（集光距離変更手段）
６０    メインモータ（回動部）
８０    マイクロコンピュータ（制御部）
【図１】
0004606636.tif 000003
【図２】
0004606636.tif 000004
【図３】
0004606636.tif 000005
【図４】
0004606636.tif 000006
【図５】
0004606636.tif 000007
【図６】
0004606636.tif 000008