(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自由液面を形成する透明液体を封入した液体封入容器に所定の角度で光束を入射させると共に前記自由液面で反射させ、入射光軸に対する前記自由液面の角度変化に基づく反射射出光軸の変化により光軸補償を行う光軸補正部と、該光軸補正部を具備し補償された光束を照射するレーザ光線照射光学系と、該レーザ光線照射光学系を２軸方向に傾動自在に支持するジンバル機構と、前記レーザ光線照射光学系に設けられた振動減衰器とを有し、前記レーザ光線照射光学系は傾動中心より下方に重心を有し、重力の作用で水平姿勢を保持し、前記光軸補正部は保持された姿勢で前記光軸補償を行うことを特徴とする光軸補償装置。
【請求項２】
前記レーザ光線照射光学系は、補償された光束を鉛直方向に偏向した後、水平方向に偏向して照射する請求項１の光軸補償装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水平或は鉛直或は所定角度の基準面を形成する測量機、測定機に用いられる光軸補償装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来基準面を形成する測量機、測定機に於いて光軸を自動補償するものの中には液体の形成する絶対水平面を利用した液面反射方式の光軸補償装置、或は傾斜に対応した液体の傾斜により楔形の変化を利用した液体透過方式の光軸自動補償装置があった。
【０００３】
図４に於いて、従来の液面反射方式の光軸補償装置について説明する。
【０００４】
図中１は測定機等機器の本体に設けられた液体封入容器であり、該液体封入容器１に封入された透明液体によって自由液面２が形成されている。又、該自由液面２には光源３から発した光束がコリメートレンズ４を介して所要の角度で投射され、投射された光束は前記自由液面２により全反射される様になっている。該自由液面２により反射された光束は反射鏡１１により鉛直方向に反射される様になっている。
【０００５】
前記自由液面２は測定機本体の傾斜に拘らず水平面であり、測定機本体、即ち液体封入容器１が傾斜することで前記光束の自由液面２への入射角が変化し、この入射角の変化は液体封入容器１の傾斜により一義的に決定され、更に自由液面２での反射角は入射角により一義的に決定される。従って、反射光束の光軸上に光学部材５，６から成るアナモフィック光学系７及び凸レンズ８，９から成るビームエキスパンダ１０を配することにより反射光束の光軸を補正することで常に鉛直な反射光軸が得られる。
【０００６】
この鉛直な反射光を利用して鉛直基準線、水平基準線が得られ、或は水平基準線を回転させて水平基準面が形成される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記した光軸補償装置では光軸の自動補償は液面の傾斜と光学系によっている為、補償精度及び光学的制約等から補償範囲が極めて狭く精々１０分程度の角度補償しかできなかった。従って、測定機本体の傾斜を自動補償可能な範囲迄予め手作業で補正しておかなければならず、更に後発的な理由により自動補償可能な範囲を越えた場合はその都度手作業で修正しなければならないという不便さがあり、煩雑であると共に作業性が悪いという問題があった。
【０００８】
本発明は斯かる実情に鑑み、高精度の複雑な機構及び制御装置を必要とせず、光学系による補償可能な範囲を越えた範囲迄自動的に補償できる光軸補償装置を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、自由液面を形成する透明液体を封入した液体封入容器に所定の角度で光束を入射させると共に前記自由液面で反射させ、入射光軸に対する前記自由液面の角度変化に基づく反射射出光軸の変化により光軸補償を行う光軸補正部と、該光軸補正部を具備し補償された光束を照射するレーザ光線照射光学系と、該レーザ光線照射光学系を２軸方向に傾動自在に支持するジンバル機構と、前記レーザ光線照射光学系に設けられた振動減衰器とを有し、前記レーザ光線照射光学系は傾動中心より下方に重心を有し、重力の作用で水平姿勢を保持し、前記光軸補正部は保持された姿勢で前記光軸補償を行う光軸補償装置に係り、又前記レーザ光線照射光学系は、補償された光束を鉛直方向に偏向した後、水平方向に偏向して照射する光軸補償装置に係るものである。
【００１０】
光軸補償装置を具備する装置本体が傾斜すると、レーザ光線照射光学系が重力の作用により装置本体に対して水平又は略水平に相対変位し、光軸補償装置の光軸補正部が光軸を光学的に補正する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【００１２】
図１で示される光軸補償装置は、支持機構部１２、レーザ光線照射光学系１３から主に構成されている。
【００１３】
先ず、支持機構部１２について説明する。
【００１４】
装置本体（図示せず）に外枠１５を固定し、該外枠１５に第１軸１６を介して内枠１７を回転自在に設け、該内枠１７に前記第１軸１６の軸心と直交する軸心を有する第２軸１８からなるジンバル機構を介して前記レーザ光線照射光学系１３を回転自在に設ける。
【００１５】
前記レーザ光線照射光学系１３からは鉛直下方に垂軸１９が設けられ、該垂軸１９の下端に揺動球面板２１を固着する。該揺動球面板２１は球面の一部を円形に切取った形状をし、該揺動球面板２１は錘として機能し、前記レーザ光線照射光学系１３の重心位置は前記第１軸１６、第２軸１８の下方に位置する。而して、前記レーザ光線照射光学系１３は前記第１軸１６、第２軸１８により水平２軸方向に自在に傾動し得るので、重力の作用で常時同じ姿勢、即ち水平状態に維持される。
【００１６】
前記揺動球面板２１の揺れを制御する為、適宜な間隔を設け、上下に上固定球面板２２及び下固定球面板２３を配置する。前記上固定球面板２２は固定部材２４により、前記下固定球面板２３は固定部材２５によりそれぞれ装置本体に固定される。前記上固定球面板２２の中央には前記垂軸１９が遊貫する逃孔２６が穿設されており、前記垂軸１９は前記逃孔２６の範囲内で自在に揺動可能となっている。
【００１７】
前記上固定球面板２２、下固定球面板２３は磁石或は電磁コイルとなっており、上固定球面板２２と下固定球面板２３との間には磁場或は電場が形成されている。前記揺動球面板２１は磁性体或は電磁コイルであり、前記揺動球面板２１が上固定球面板２２、下固定球面板２３との間を移動した場合に移動速度に比例した抵抗が発生する様になっている。而して、揺動球面板２１、上固定球面板２２、下固定球面板２３は振動減衰器２７を構成する。
【００１８】
次に、前記レーザ光線照射光学系１３について説明する。
【００１９】
該レーザ光線照射光学系１３は光軸補正部３０とレーザ光線射出部３１から成り、前記光軸補正部３０は逆Ｖ字状の光路を有すると共に前記レーザ光線射出部３１は鉛直方向の光軸を有している。
【００２０】
前記逆Ｖ字状の光路は補正部ブロック３２の内部に形成され、上部に液体封入容器１が形成され、該液体封入容器１内部には自由液面２を形成する透明液体１４が封入されている。
【００２１】
前記液体封入容器１は略逆３角形状であり、一方の斜面には入射窓３３が設けられ、他方の斜面には射出窓３４が設けられ、前記入射窓３３を通して前記自由液面２に斜め下方からレーザ光線を入射させる光源ユニット３５が設けられている。
【００２２】
該光源ユニット３５は投射光軸上に位置する光源３、コリメートレンズ４を具備し、該コリメートレンズ４はレンズホルダ３６に保持され、前記補正部ブロック３２に取付けられる。
【００２３】
該レンズホルダ３６は球面部３７と該球面部３７の周囲に広がるフランジ部３８を具備し、前記球面部３７は前記補正部ブロック３２に形成された円錐凹部３９に当接し、前記レンズホルダ３６は前記球面部３７を中心に自在に傾動可能となっている。前記レンズホルダ３６は固定板４０を介して前記補正部ブロック３２に取付けられる。前記固定板４０は固定螺子４１により前記補正部ブロック３２に固定されている。前記固定板４０には前記フランジ部３８を押す押し螺子４２が螺着している。前記球面部３７を円錐凹部３９に当接させた状態を維持し、前記固定螺子４１をいくらか緩め、押し螺子４２を調整することにより前記コリメートレンズ４の光軸の角度の調整が可能となっている。
【００２４】
前記光源３は光源ホルダ４３に保持され、前記レンズホルダ３６に嵌合固着される。
【００２５】
前記自由液面２で反射され、前記射出窓３４より射出する反射レーザ光線の反射光軸上に楔プリズム４４，４５から成るアナモフィック光学系４６が設けられると共に該アナモフィック光学系４６を透過したレーザ光線を鉛直方向に反射する反射鏡４７が設けられ、該反射鏡４７で反射されたレーザ光線の射出光軸上に凸レンズ４８，４９から成るビームエキスパンダ５０が設けられている。
【００２６】
前記レーザ光線射出部３１は前記ビームエキスパンダ５０の射出側に連接される。前記ビームエキスパンダ５０と同軸のレーザ光線射出部鏡筒５２が前記補正部ブロック３２に固着され、前記レーザ光線射出部鏡筒５２に回動ブロック５３が軸受５４を介して回転自在に設けられている。前記回動ブロック５３には従動ギア５５が固着されていると共にレーザ光線の射出光軸を水平方向に変向するペンタプリズム５６が設けられている。
【００２７】
前記レーザ光線射出部鏡筒５２にモータ支持金具５７を介して回動モータ５８が取付けられ、該回動モータ５８の出力軸に嵌着した駆動ギア５９は前記従動ギア５５と噛合している。而して、前記回動モータ５８を駆動することで前記駆動ギア５９、従動ギア５５を介して前記回動ブロック５３が鉛直軸心を中心に回転する様になっている。
【００２８】
以下、作動を説明する。
【００２９】
光軸補償装置が設けられている測量機、即ち全構成が傾斜すると前記レーザ光線照射光学系１３は前記第１軸１６の軸心と前記第２軸１８の軸心の交点Ｏを中心に自在に揺動可能であり、且レーザ光線照射光学系１３の重心は前記交点Ｏより下方にあるので、レーザ光線照射光学系１３は前記全構成の傾斜に拘らず常に水平となる。
【００３０】
又、前記振動減衰器２７はレーザ光線照射光学系１３の揺動を抑制し、早期に停止させ、該レーザ光線照射光学系１３を安定させる。前記レーザ光線照射光学系１３は支持機構部１２により常時水平になる様支持されるが、前記第１軸１６の支持部、第２軸１８の支持部には僅かながら摩擦抵抗があり、この摩擦抵抗の為精度の高い水平は得にくい。この為僅かに傾斜が残るが、この傾斜は前記透明液体１４を利用した前記光軸補正部３０の自動補償の範囲内となる。レーザ光線射出部３１の光軸は光学的に鉛直に補正され、更にペンタプリズム５６により水平方向に変更される。而して、前記レーザ光線射出部３１から照射されるレーザ光線は水平となる。前記回動モータ５８を駆動して前記ペンタプリズム５６を回転し、照射しているレーザ光線を回転することで水平基準面が形成される。
【００３１】
尚、上記実施の形態は液体自由液面反射式の光軸補償装置について説明したが図３に示す様な、液体の楔形状変化を利用した透過型の光軸補償装置に於いても実施が可能である。
【００３２】
液体封入容器１は自由液面２を挾み対向する位置に入射窓３３、射出窓３４を有し、光源３から射出されたレーザ光線は、前記入射窓３３、透明液体１４、射出窓３４を透過して射出されていく。前記液体封入容器１が傾斜すると前記自由液面２が液体封入容器１に対して相対的に傾斜し、透明液体１４は楔形状となり自由液面２を射出する光軸に偏差が生じ、この光軸の偏差を利用して光軸補償が行われる。
【００３３】
尚、上記実施の形態ではレーザ光線照射光学系１３をジンバル構造の支持機構部１２により支持したが、レーザ光線照射光学系１３を摩擦抵抗の少ない球面軸受で支持してもよく、或はピボット軸受で支持する等の様に、一点で支持する様にしてもよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、光学系の光軸補償を支持機構部により水平又は略水平に保持する様にしたので、光学系の光軸補償を大きく越える範囲迄自動補償が可能となり、而も支持機構部は簡単な構造で高精度を要求する構造、部品が存在しないので、安価で而も耐久性が高いという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す立断面図である。
【図２】同前本発明の実施の形態を示す側面図である。
【図３】本発明の他の実施の形態の部分断面図である。
【図４】自由液面を利用した光軸補償装置の説明図である。
【符号の説明】
１          液体封入容器
２          自由液面
３          光源
７          アナモフィック光学系
１０        ビームエキスパンダ
１１        反射鏡
１２        支持機構部
１３        レーザ光線照射光学系
２１        揺動球面板
２２        上固定球面板
２３        下固定球面板
２７        振動減衰器
３０        光軸補正部
３１        レーザ光線射出部
３５        光源ユニット
４６        アナモフィック光学系
５６        ペンタプリズム
【図１】
0003830063.tif 000002
【図２】
0003830063.tif 000003
【図３】
0003830063.tif 000004
【図４】
0003830063.tif 000005