(57)【要約】【課題】光ビームの断面に対するロッドレンズの相対位置調整を容易に行うことができる光源ユニットおよびレーザー墨出し器を得る。【解決手段】半導体レーザー１、半導体レーザー１から射出されるレーザー光を平行光束に変換するコリメートレンズ２、平行光束を一方向にのみ拡散するロッドレンズ４を備え、ロッドレンズ４によって拡散された光束を投射対象に投射して輝線を表示するための光源ユニット。コリメートレンズ２とロッドレンズ４との間に平行光束の断面の径よりも小さい径の開口３１を有する光学絞り３が配置され、ロッドレンズ４の横断面の径は光学絞り３の開口径よりも小さく、ロッドレンズ４は、その中心軸線を平行光束の断面中心が通るように配置され、ロッドレンズ４を通る平行光束はロッドレンズ４で拡散され、ロッドレンズ４の外側を通る平行光束は直進して、投射対象に輝線６と輝点７が表示される。【選択図】図１
2009097987.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源としての半導体レーザーと、この半導体レーザーから射出されるレーザー光を平行光束に変換するコリメートレンズと、上記平行光束を一方向にのみ拡散するロッドレンズを備え、上記ロッドレンズによって拡散された光束を投射対象に投射して輝線を表示するための光源ユニットであって、
上記コリメートレンズと上記ロッドレンズとの間に上記平行光束の断面の径よりも小さい径の開口を有する光学絞りが配置され、
上記ロッドレンズの横断面の径は上記光学絞りの開口径よりも小さく、
上記ロッドレンズは、その中心軸線を上記平行光束の断面中心が通るように配置され、
上記ロッドレンズを通る平行光束はロッドレンズで拡散され、上記ロッドレンズの外側を通る平行光束は直進して、投射対象に輝線と輝点が表示される光源ユニット。
【請求項２】
ロッドレンズは光学絞りに一体的に取り付けられている請求項１記載の光源ユニット。
【請求項３】
コリメートレンズは光学絞りに一体的に取り付けられている請求項１記載の光源ユニット。
【請求項４】
ロッドレンズとコリメートレンズは光学絞りに一体的に取り付けられている請求項１記載の光源ユニット。
【請求項５】
ロッドレンズは、平行光束の入射面に半透過膜を有している請求項１記載の光源ユニット。
【請求項６】
半透過膜を有しているロッドレンズは、その中心軸線の周りに回転させることにより上記半透過膜で反射される光束の進行方向を変え、輝線位置をその輝線方向に移動可能とした請求項５記載の光源ユニット。
【請求項７】
ロッドレンズの平行光束との外接縁に光学的遮蔽部材が配置され、この光学的遮蔽部材は光学絞りの開口径内にある請求項１記載の光源ユニット。
【請求項８】
レーザー光を放射する光源ユニットが組み付けられた光源ユニットホルダと、この光源ユニットホルダを揺動可能に支持するジンバル機構を有してなるレーザー墨出し器であって、
上記光源ユニットは請求項１〜７のいずれかに記載されている光源ユニットであり、
投射対象に輝線と輝点を表示することができるレーザー墨出し器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源ユニットおよびこれを用いたレーザー墨出し器に関するもので、特に、レーザーによるライン光と光ポイントを同時に投射することができるようにしたものである。
【背景技術】
【０００２】
建築現場などにおいて、壁、天井、床などの被照射体に墨出し用のレーザーライン光（これを「輝線」という場合もある）を投光するレーザー墨出し器は、光源として一般に半導体レーザーが用いられている。半導体レーザーから出射されるレーザー光は拡散光であるため、これをコリメートレンズによって平行光束とし、これを円柱状のロッドレンズに透過させることにより一方向にのみ拡散させ、この拡散光を壁、天井、床などの被照射体に投光して、レーザー光による鉛直方向の輝線あるいは水平方向の輝線を投光するようにしたのがレーザー墨出し器である。レーザー墨出し器は、ジンバル機構などの吊り下げ機構によって光源ユニットホルダが常時所定の姿勢を保つように吊り下げられている。上記光源ユニットホルダには、半導体レーザー、コリメートレンズ、ロッドレンズなどがホルダによって一体に保持されてなる光源ユニットが組み付けられている。光源ユニットホルダが上記のように吊り下げられることにより、上記光源ユニットが常時定められた姿勢を保つようになっていて、レーザー墨出し器の設置姿勢が傾いていても、鉛直あるいは水平の輝線が正しく投光されるようになっている。レーザー墨出し器には、設置基準点の真上の天井面に基準となる光ポイントを投射することができる鉛直ポインター機能、あるいは設置したレーザー墨出し器の直下の床面に光ポイントを投射することができる地墨投射機能を備えたものもある。
【０００３】
従来知られているレーザー墨出し器の一例を、図６を参照しながら説明する。図６において、符号５０はレーザー墨出し器のベースを示す。ベース５０は、レーザー墨出し器のカバー内に組み込まれ、また、３点の高さ位置を調整してほぼ水平の姿勢をとるための三脚を有しているが、上記カバーや三脚は図示されていない。ベース５０の上面には４本の支柱５２が立てられている。４本の支柱５２の上端部によってジンバル枠５５が支持されている。ジンバル枠５５は、長方形の窓枠状の本体部分とこの本体部分の四隅から外方に向かって伸び出た脚部５６を一体に有し、４個の脚部５６がそれぞれ上記支柱５２の上端部にインシュレータ５４を介して結合されている。
【０００４】
上記ジンバル枠５５によって光源ユニットホルダ８０が揺動可能に吊り下げられている。この吊り下げ構造は以下のとおりである。ジンバル枠５５と光源ユニットホルダ８０の間にはジンバルブロック６０が介在し、ジンバルブロック６０の介在のもとに光源ユニットホルダ８０が吊り下げられている。ジンバルブロック６０は直方体をなしていて、互いに平行な一対の側面には水平方向の第１の軸６２，６２（図６では一方の軸のみが示されている）がベアリングの介在のもとに軸線を中心として回転可能に支持されている。ジンバルブロック６０の互いに平行な他の一対の側面には、上記第１の軸６２，６２の方向に対して直交する水平方向の第２の軸（図示されず）がベアリングの介在のもとに軸線を中心として回転可能に支持されている。ジンバルブロック６０はジンバル枠５５の窓孔に空間的余裕をもって挿入され、対をなす上記第１の軸６２，６２がジンバル枠５５の軸受孔に挿入されることにより、ジンバルブロック６０が第１の軸６２，６２を中心として回転可能に支持されている。
【０００５】
上記第２の軸によって光源ユニットホルダ８０が揺動可能に支持されている。光源ユニットホルダ８０の上端には両側方に張り出した結合部８２，８２があり、この結合部８２，８２にジンバルホルダー７０の一対の結合部７６，７６が重ねられてこれらの結合部がねじで締め付けられることにより、光源ユニットホルダ８０とジンバルホルダー７０が一体に連結されている。ジンバルホルダー７０は下側の約半分が門形に形成されるとともに、この門形の上端面両側部から一対の軸受が上に向かって一体に伸び出し、この軸受に上記第２の軸が挿入され、ジンバルブロック６０に対し光源ユニットホルダ８０が上記第２の軸を中心に揺動可能に支持されている。
【０００６】
以上説明したように、光源ユニットホルダ８０は、ジンバルブロック６０の介在のもとに、第１の軸６２，６２と第２の軸であらゆる方向に揺動可能に吊り下げられている。そのため、レーザー墨出し器を設置したとき、レーザー墨出し器が傾いていたとしても、光源ユニットホルダ８０は常に所定の鉛直方向の姿勢をとることができる。光源ユニットホルダ８０の側面には、その長さ方向（上下方向）中間部に水平方向の輝線を照射するための光源ユニット８４が組み付けられ、光源ユニットホルダ８０の上端寄りの側面には、垂直方向の輝線を照射するための光源ユニット８６が組み付けられている。これらの光源ユニットはいずれも、レーザー光を放射する半導体レーザー光源と、半導体レーザー光源からの発散光を平行光束にするコリメートレンズと、この平行光束を一方向にのみ拡散する円筒レンズを有してなる。上記一方の光源ユニット８４は建物の壁などに水平方向の輝線を照射するためのもので、円筒レンズを垂直方向に向けて取り付けてある。上記他方の光源ユニット８６は建物の壁や天井や床などに鉛直方向の輝線を照射するためのもので、円筒レンズを水平方向に向けて取り付けてある。また、光源ユニット８６は、鉛直方向の輝線を建物の床から壁、天井にまたがって照射することができるように、光軸を斜め上方に向けて取り付けられている。
【０００７】
光源ユニットホルダ８０には、設置基準点の真上の天井面に基準となる光ポイントを建物の天井面に投射するための光源ユニットも組み付けられている。光源ユニットホルダ８０は、上記各種光源ユニットを含めてバランス調整されて所定の鉛直方向の姿勢をとり、水平方向および垂直方向の輝線および光ポイント（これを「輝点」と呼ぶ場合もある）が精度よく照射されるように調整されている。
【０００８】
以上説明したように、墨出し器には、鉛直方向または水平方向の輝線を投射する機能のほかに、輝点を投射する機能を備えたものがある。このように輝線と輝点を投射する従来のレーザー墨出し器は、図６に示す従来例のように、輝線投射用の光源ユニットと輝点投射用の光源ユニットを個別に備えているのが普通である。しかしながら、輝線投射用光源ユニットと輝点投射用光源ユニットを個別に備えていると、それ自体がコスト高の要因になるとともに、輝線位置と輝点位置を正しい位置に合わせるための調整を個別に行う必要があり、調整が難しく熟練を要する難点があった。また、調整位置がずれる要因が複数あるため、振動や衝撃、経年変化などによって調整位置がずれやすいという難点もあった。
【０００９】
かかる問題点の改善策として、中心軸線を光ビームの進行方向に対し直交させて配置するロッドレンズを光ビームの中心からずらして配置することにより、光ビームの一部分をロッドレンズで偏向させて扇形に拡げ、光ビームの余の部分を直進させ、投射対象面において、輝線上に輝点が投射されるようにしたレーザー墨出し装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１０】
また、光源から射出して真上に進んでガラス棒を透過するレーザー光の光路上にレーザー光の一部を反射する反射鏡を所定角度傾斜させて設置し、光源から射出して真上に進んでロッドレンズに相当するガラス棒を透過したレーザー光が鉛直ポイントを表示し、上記ガラス棒を透過しかつ反射鏡により反射されないレーザー光が天井墨出し線を表示するようにしたレーザー墨出し装置も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【００１１】
【特許文献１】特許第３１６０８００号公報
【特許文献２】特開平１１−３０４４８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１および特許文献２記載の発明によれば、一つの光源によって輝線と輝点を投射することができる。しかしながら、これらの従来技術によれば、以下のような技術的な課題を持っている。特許文献１記載の発明によれば、光ビームの一部分をロッドレンズに当てて偏向し、残りの光ビームはロッドレンズに当たることなく直進させるようにするために、光源から射出される光ビームの断面に対するロッドレンズの相対位置を精度よく調整する必要がある。しかし、光ビームの断面に対するロッドレンズの相対位置調整は繊細で面倒な作業を強いられ、多大の労力を要する。
特許文献２記載の従来技術も同様に、光ビームの断面に対するロッドレンズの相対位置、さらには反射鏡の相対位置を精度よく調整する必要がある。しかし、これら３者の相対位置調整はより一層繊細で面倒な作業を強いられ、多大の労力を要する。
【００１３】
本発明は、以上説明した従来技術の問題点を解消するためになされたもので、一つの光源によって輝線と輝点を投射することができるようにした光源ユニットおよびこれを用いたレーザー墨出し器において、光ビームの断面に対するロッドレンズの相対位置調整を容易に行うことができる光源ユニットおよびレーザー墨出し器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、光源としての半導体レーザーと、この半導体レーザーから射出されるレーザー光を平行光束に変換するコリメートレンズと、上記平行光束を一方向にのみ拡散するロッドレンズを備え、上記ロッドレンズによって拡散された光束を投射対象に投射して輝線を表示するための光源ユニットであって、上記コリメートレンズと上記ロッドレンズとの間に上記平行光束の断面の径よりも小さい径の開口を有する光学絞りが配置され、上記ロッドレンズの横断面の径は上記光学絞りの開口径よりも小さく、上記ロッドレンズは、その中心軸線を上記平行光束の断面中心が通るように配置され、上記ロッドレンズを通る平行光束はロッドレンズで拡散され、上記ロッドレンズの外側を通る平行光束は直進して、投射対象に輝線と輝点が表示されることを最も主要な特徴とする。
【００１５】
本願にかかるレーザー墨出し器は、光源ユニットとして上記の光源ユニットを備えることにより、投射対象に輝線と輝点を表示することができるように構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、一つの光源ユニットによって、投射対象に輝線と輝点を同時に投射することができる。コリメートレンズと光学絞りとロッドレンズの相対位置関係を一度調整しておけば、温度変化などの環境条件の変化、経時変化などによって上記輝線と輝点の位置がずれることはない。
コリメートレンズで変換された平行光束とロッドレンズの相対位置関係を調整しておけば、光学絞りを調整することによって輝点の表示位置を調整することができる。光学絞りの位置調整は容易であるから、調整作業が容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図１乃至図５を参照しながら本発明にかかる光源ユニットの各種実施例について説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１において、光源としての半導体レーザー１と、コリメートレンズ２と、光学絞り３と、ロッドレンズ４がこの順に配置されて図示されない鏡筒に取り付けられ、光源ユニットを構成している。レーザー墨出し器に用いられる従来の光源ユニットは、上記光学絞り３またはこれに相当する部材を備えていない。この実施例では、光学絞り３を備えていることが一つの特徴となっている。コリメートレンズ２は、発散光束である半導体レーザー１から射出されるレーザー光束を平行光束に変換する。光学絞り３は上記平行光束の横断面よりも径の小さい開口３１を有し、上記平行光束の周縁部の通過を制限して平行光束の横断面形状を整形する機能を持っている。ロッドレンズ４は円柱形のレンズで、その中心軸線が上記平行光束の進行方向に対し直交する方向に配置されている。図１の例では、ロッドレンズ４の中心軸線は紙面に直交する方向になるように配置されている。ロッドレンズの横断面の径は光学絞り３の開口３１の径よりも小さくなっている。換言すれば、ロッドレンズの横断面の径よりも光学絞り３の開口３１の径が大きくなるように設定され、光学絞り３の開口３１の径よりも上記平行光束の横断面の径が大きくなるようにコリメートレンズ２の焦点距離などが設定されている。ロッドレンズ４は、その中心軸線を上記平行光束の断面中心が通るように配置されている。光学絞り３は光軸に直交する方向に位置調整可能に取り付けられている。
【００１９】
図１に示す実施例は上記のとおりに構成されているため、半導体レーザー１から射出されたレーザー光はコリメートレンズ２で平行光束とされた後、光学絞り３で所定の径の横断面円形の平行光束とされる。この平行光束はさらにロッドレンズ４の位置を通過する。ロッドレンズの径は平行光束の横断面の径よりも小さいため、ロッドレンズ４を透過する光束とロッドレンズ４を透過することなくその外側を直進する光束に分かれる。ロッドレンズ４を透過する光束は、ロッドレンズ４で屈折されて一方向にのみ、図示の例では紙面に対して平行な方向にのみ拡散され、投射対象面５に投射されて一直線をなす輝線６が表示される。ロッドレンズ４の外側を直進する平行光束は投射対象面５に投射されて輝点７が表示される。ロッドレンズ４の中心軸線を上記平行光束の断面中心が通るため、平行光束はロッドレンズ４の両側方を通過し、輝点７は２個表示される。これらの輝点７は輝線６上に表示される。
【００２０】
上記実施例によれば、一つの光源ユニットによって、投射対象面５に輝線６と輝点７を同時に投射することができる。コリメートレンズ２と光学絞り３とロッドレンズ４の相対位置関係を一度調整しておけば、温度変化などの環境条件の変化、経時変化などによって上記輝線と輝点の位置がずれることはない。コリメートレンズ２で変換された平行光束とロッドレンズ４の相対位置関係を調整しておけば、光学絞り３の位置を微調整することによって、輝線６上での輝点７の表示位置を調整することができる。光学絞り３の位置の微調整は容易であるから、調整作業が容易になる。
【実施例２】
【００２１】
以下に説明する各実施例は、図１に示す実施例１の構成を基礎にしてこれに構成要素を付加したものであるから、実施例１の構成と異なる点を重点的に説明する。
図２に示す実施例は、光学絞り３とロッドレンズ４の構成を工夫したもので、光学絞り３とロッドレンズ４を一体的に取り付けたことを特徴としている。光学絞り３の出射面側には、開口３１の中心を直径方向に横切って溝３２が形成されていて、この溝３２にロッドレンズ４が落とし込まれ、ロッドレンズ４が光学絞り３と一体に結合されている。光学絞り３を入射面または出射面側から見ると、ロッドレンズ４の両側方に開口３１の一部がはみ出していて（図２（ｂ）参照）、このはみ出している開口３１の一部を前記平行光束が直進し、前記２つの輝点７を投射対象面５に表示する（図１参照）。
【００２２】
図２に示す実施例によれば、光学絞り３とロッドレンズ４が一体化されるため、光学絞り３とロッドレンズ４の相対位置関係の調整は不要となり、調整作業がさらに容易になる。
なお、光学絞り３の入射面側にコリメートレンズ２を一体的に取り付けてもよく、さらに、光学絞り３の入射面側にコリメートレンズ２を一体的に取り付けた上で、光学絞り３の出射面側にロッドレンズ４を一体的に取り付けてもよい。かかる構成にすることにより、コリメートレンズ２と光学絞り３との相対位置関係、さらにはコリメートレンズ２と光学絞り３とロッドレンズ４との相対位置関の調整が不要となり、調整作業がさらに容易になる。
【実施例３】
【００２３】
図３に示す実施例は、図１に示す実施例において、ロッドレンズ４の入射面側に半透過膜４１をコーティングなどの手法によって形成したことを特徴とするものである。この実施例によれば、ロッドレンズ４に入射する光束は、上記半透過膜４１を透過するものと半透過膜４１で反射されるものに分かれる。半透過膜４１を透過した光束は前述のとおりロッドレンズ４で屈折されて一方向にのみ拡散され、投射対象面５に輝線６を表示する。半透過膜４１で反射された光束はロッドレンズ４の中心軸線に直交する面に沿って反射され、投射対象面５に到達した反射光によって、半透過膜４１を透過した光束で表示される輝線６に連続する輝線を表示する。また、上記平行光束のうち、ロッドレンズ４の両側を直進する平行光束によって投射対象面５に２つの輝点７が表示される。
【００２４】
図３に示す実施例によれば、ロッドレンズ４の入射面側に半透過膜４１を形成したことにより、投射対象面５における輝線６の表示範囲を拡大することができる。
【実施例４】
【００２５】
図４に示す実施例は、ロッドレンズ４の平行光束との外接縁に、したがって、ロッドレンズ４の外周の対蹠位置にそれぞれ光学的遮蔽部材４２を配置したことを特徴とするものである。２つの光学的遮蔽部材４２は光学絞り３の開口３１の投影面よりも内側にある。したがって、ロッドレンズ４の外側を通る上記平行光束の一部は光学的遮蔽部材４２で遮蔽され、光学的遮蔽部材４２の外側を通る上記平行光束はロッドレンズ４の位置を直進し、投射対象面５に到達して２つの輝点７を、輝線６上に表示する。
【実施例５】
【００２６】
図５に示す実施例は、図３に示す実施例に構成要素をさらに付加したものである。すなわち、入射面側に半透過膜４１を有するロッドレンズ４を、その中心軸線を中心にして回転可能にして、回転方向の位置を調整可能にしたものである。ロッドレンズ４が入射面側に半透過膜４１を有することによって、前述のように投射対象面５における輝線６の表示範囲を拡大することができる。半透過膜４１はロッドレンズ４の入射側の略半周にわたって形成されていて、図５（ａ）に示す態様では半透過膜４１が入射する平行光束に対して正対している。この態様では、図３に示す実施例のように輝線６の表示の拡大範囲を調整することができる。そして、２つの輝点７相互の中心Ｃ１と輝線６の全長の中心とが一致している。
【００２７】
図５（ｂ）は、ロッドレンズ４を、その中心軸線を中心にして図において時計方向に所定角度（例えば４５度程度）回転させた態様を示す。この態様では、２つの輝点７の位置は変わらないが、ロッドレンズ４の下部には半透過膜４１が存在しなくなるため、輝点７より下側の輝線６は拡大されず、上側の輝線のみが拡大される。したがって、輝線６の全長の中心Ｃ２は２つの輝点７相互の中心Ｃ１から上側にずれる。このずれ量をＤで示している。
【００２８】
図５（ｃ）は、上記のようにロッドレンズ４を所定角度回転させた状態でさらに光源ユニットを傾けた状態を示す。傾きの向きは右下がりである。輝線６の全長から見て、２つの輝点７の中心は、輝線６の全長の中心Ｃ２よりも下側に位置している。
【００２９】
以上説明した光源ユニットの各実施例は、いずれもレーザー墨出し器の光源ユニットとして適用することができる。レーザー墨出し器は、少なくともレーザー光を放射する光源ユニットが組み付けられた光源ユニットホルダと、この光源ユニットホルダを揺動可能に支持するジンバル機構を有してなる。このレーザー墨出し器の光源ユニットとして前記各実施例のいずれかを選択して上記光源ユニットホルダに取り付ける。光源ユニットが備えているロッドレンズの中心軸線が水平方向になるように光源ユニットを光源ユニットホルダに取り付けると鉛直方向の輝線を投射することができ、ロッドレンズの中心軸線が鉛直方向になるように光源ユニットを光源ユニットホルダに取り付けると水平方向の輝線を投射することができる。図６に示すレーザー墨出し器の例では、光源ユニット８４、８６として本発明にかかる光源ユニットを適用する。
【００３０】
以上説明した本発明にかかる光源ユニットを備えたレーザー墨出し器によれば、以下のような効果を得ることができる。
レーザー墨出し器の組み立て時に、光源ユニットによって投射される輝点が、例えば鉛直点などの基準点に合致するように調整すれば、必然的に輝線は基準点を通る直線となり、レーザー墨出し器の組み立ておよび調整が簡素化される。
輝点は、広範囲に広がった輝線と異なり、遠方に投射されても光束の密度が上がって明るいため、遠方の壁などの投射対象面に照射されている輝線を探す際の目印になり、輝線を探しやすくなる。周囲が明るく、輝線を探しにくい条件の下においても、明るい輝点を探すのは容易であるから、輝点を目印にして輝線を探すことができる。さらに、輝線が視認しにくい場合でも、輝点の位置に受光器などを配置することにより、輝線位置を認識することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明にかかる光源ユニットの第１実施例を示す光学配置図である。
【図２】本発明にかかる光源ユニットの第２実施例を示す光学配置図である。
【図３】本発明にかかる光源ユニットの第３実施例を示す光学配置図である。
【図４】本発明にかかる光源ユニットの第４実施例を示す光学配置図である。
【図５】本発明にかかる光源ユニットの第５実施例を示す光学配置図である。
【図６】従来のレーザー墨出し器の例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３２】
１    半導体レーザー
２    コリメートレンズ
３    光学絞り
４    ロッドレンズ
５    投射対象面
６    輝線
７    輝点
３１    開口
４１    半透過膜
【図１】
2009097987.tif 000003
【図２】
2009097987.tif 000004
【図３】
2009097987.tif 000005
【図４】
2009097987.tif 000006
【図５】
2009097987.tif 000007
【図６】
2009097987.tif 000008