(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平面と交わる少なくとも２つのファンビームレーザ光を射出しながら所定の軸線を中心に前記ファンビームレーザ光を回転させるように構成された回転レーザ装置と、
前記ファンビームレーザ光を受光する少なくとも１つの受光部を有する受光センサ装置と、を含み、
前記ファンビームレーザ光のうちの少なくとも１つの傾斜角度は他のファンビームレーザ光の傾斜角度と異なり、前記ファンビームレーザ光を受光した前記受光部の受光状態に基づいて、前記受光センサ装置が前記回転レーザ装置に対する前記受光センサ装置の位置を測定するように構成され、
前記回転レーザ装置は、前記ファンビームレーザ光を射出する角度を検出する射出方向検出手段と、この射出方向検出手段によって検出された角度を前記受光センサ装置に送信する角度信号送信機とを更に有し、前記受光センサ装置は、前記角度のデータを受信する角度信号受信部を更に有することを特徴とする位置測定装置。
【請求項２】
前記少なくとも２つのファンビームレーザ光の交線が所定の水平基準面内にあることを特徴とする、請求項１に記載の位置測定装置。
【請求項３】
前記受光部が前記２つのファンビームレーザ光を受光した時間間隔に基づいて前記回転レーザ装置に対する前記受光センサ装置の位置を測定することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の位置測定装置。
【請求項４】
前記回転レーザ装置は、偏光方向が互いに異なる少なくとも２つのファンビームレーザ光を射出することを特徴とする、請求項１から請求項３の何れか１項に記載の位置測定装置。
【請求項５】
前記回転レーザ装置が、互いに異なる周波数で変調された少なくとも２つのファンビームレーザ光を射出することを特徴とする、請求項１から請求項３の何れか１項に記載の位置測定装置。
【請求項６】
前記回転レーザ装置が、互いに異なる波長の少なくとも２つのファンビームレーザ光を射出することを特徴とする、請求項１から請求項３の何れか１項に記載の位置測定装置。
【請求項７】
前記受光センサ装置が、前記ファンビームレーザ光を受光する２つの受光部を有することを特徴とする、請求項１から請求項６の何れか１項に記載の位置測定装置。
【請求項８】
前記受光センサ装置が、前記ファンビームレーザ光を受光する３つ以上の受光部を有することを特徴とする、請求項１から請求項６の何れか１項に記載の位置測定装置。
【請求項９】
前記受光センサ装置が、前記回転レーザ装置に対する前記受光センサ装置の位置を検出するための位置センサを更に有することを特徴とする、請求項１から請求項８の何れか１項に記載の位置測定装置。
【請求項１０】
前記位置センサが、ＧＰＳ（Global Positioning System）であることを特徴とする、請求項９に記載の位置測定装置。
【請求項１１】
前記回転レーザ装置は、レーザ光線を射出するレーザ投光器と、このレーザ投光器に回転可能に取り付けられた回転部と、を備え、前記回転部は、前記レーザ投光器から射出されたレーザ光線を偏向させる少なくとも２つのペンタプリズムと、これらのペンタプリズムによって偏向されたレーザ光線を夫々ファンビームにする少なくとも２つのシリンダーレンズと、を備えることを特徴とする請求項１から請求項１０の何れか１項に記載の位置測定装置。
【請求項１２】
前記回転レーザ装置は、レーザ光線を射出するレーザ投光器と、このレーザ投光器に回転可能に取り付けられた回転部と、を備え、前記レーザ投光器は、直線偏光のレーザ光線を夫々発する第１及び第２のレーザ光線投光器と、これらのレーザ光線投光器から射出された各レーザ光線が同一の方向に向けられるように偏向させる第１の偏光ビームスプリッターと、この第１の偏光ビームスプリッターから射出された各レーザ光線を円偏光に変換する第１の１／４波長板と、を備え、前記回転部は、前記第１の１／４波長板により円偏光に変換された各レーザ光線を夫々直線偏光に変換する第２の１／４波長板と、この第２の１／４波長板によって夫々直線偏光に変換された各レーザ光線の一部を透過させ、一部を反射させる第２の偏光ビームスプリッターと、この第２の偏光ビームスプリッターによって反射されたレーザ光線を円偏光に変換する第３の１／４波長板と、この第３の１／４波長板によって円偏光に変換されたレーザ光線を第１のファンビームレーザ光として反射させる第１のシリンダーミラーと、前記第２の偏光ビームスプリッターを透過したレーザ光線を円偏光に変換する第４の１／４波長板と、この第４の１／４波長板によって円偏光に変換されたレーザ光線を、前記第１のファンビームレーザ光とは異なる角度に傾斜した第２のファンビームレーザ光として反射させる第２のシリンダーミラーと、を備えたことを特徴とする請求項１から請求項１０の何れか１項に記載の位置測定装置。
【請求項１３】
更に、前記第３の１／４波長板と前記第１のシリンダーミラーの間に配置され、前記第１のシリンダーミラーによって反射されたファンビームレーザ光を２つに分割する偏角プリズムを備え、前記回転レーザ装置が３つのファンビームレーザ光を射出することを特徴とする請求項１２に記載の位置測定装置。
【請求項１４】
前記第１及び第２のレーザ光線投光器は、偏光方向が互いに９０゜異なる直線偏光のレーザ光線を発生することを特徴とする請求項１２又は１３に記載の位置測定装置。
【請求項１５】
水平面と交わる少なくとも２つのファンビームレーザ光を射出しながら所定の軸線を中心に前記ファンビームレーザ光を回転させる回転レーザ装置であって、
射出された前記ファンビームレーザ光のうちの少なくとも１つの傾斜角度は他のファンビームレーザ光の傾斜角度と異なり、
更に、ファンビームレーザ光を射出する角度を検出する射出方向検出手段と、この射出方向検出手段によって検出された角度を受光センサ装置に送信する角度信号送信機と、を有することを特徴とする回転レーザ装置。
【請求項１６】
前記少なくとも２つのファンビームレーザ光の交線が所定の水平基準面内にあることを特徴とする、請求項１５に記載の回転レーザ装置。
【請求項１７】
偏光方向が互いに異なる少なくとも２つのファンビームレーザ光を射出することを特徴とする、請求項１５に記載の回転レーザ装置。
【請求項１８】
互いに異なる周波数で変調された少なくとも２つのファンビームレーザ光を射出することを特徴とする、請求項１５に記載の回転レーザ装置。
【請求項１９】
互いに異なる波長の少なくとも２つのファンビームレーザ光を射出することを特徴とする、請求項１５に記載の回転レーザ装置。
【請求項２０】
前記ファンビームレーザ光の強度が、前記ファンビームレーザ光の各部分で異なっていることを特徴とする、請求項１５に記載の回転レーザ装置。
【請求項２１】
前記ファンビームレーザ光を少なくとも３つ射出し、前記各ファンビームレーザ光と所定の水平基準面との交線が等間隔になっていることを特徴とする、請求項１５に記載の回転レーザ装置。
【請求項２２】
前記少なくとも３つのファンビームレーザ光が、それらが受光される範囲内で互いに交差しないことを特徴とする、請求項２１に記載の回転レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光源を往復走査させながらレーザ光を照射し、又は、レーザ光源を回転させながらレーザ光を照射することにより、水平基準面に対して所定の角度傾斜した傾斜設定面を同時に形成可能な位置測定装置と、それに使用する回転レーザ装置とに関するものである。また、本発明による位置測定装置によって、基準点、基準線、測定基準平面も形成することができる。
【０００２】
【従来の技術】
広範囲に亘る水平な基準レベルを作るために、光学式レベル装置に代わって回転レーザ装置が使用されるようになってきた。
近年、高さ方向の測定、特に基準高さに基づいてライン及び平面等を形成するために回転レーザ装置が使用されている。この回転レーザ装置はレーザ光線を水平方向に照射しながら回転し、往復走査し、又は停止することによって、回転基準面、部分的な基準ライン、基準面、基準線、又は基準点等を形成するものである。
【０００３】
回転レーザ装置は、例えば、建築物の内装工事で窓枠の位置出し等の基準水平ラインを形成するものとして、更に土木工事に於いては盛土を行ない、切土面を形成する為の基準水平面を形成するものとして使用される。更に、回転レーザ装置は階段等の傾斜設定での基準点の設定等にも利用されており、１方向、或いは、２方向に傾斜させた基準平面を形成することができるものもある。
【０００４】
傾斜基準面を形成することができる従来の回転レーザ装置として特開平６−２６８６１号公報に開示されたものがあり、この従来の回転レーザ装置の構成及び作用を以下に略述する。
【０００５】
図４４を参照すると、回転レーザ装置９５１はケーシング９０１とレーザ投光器９０３とを有する。切頭円錐形の凹部９０２がケーシング９０１の上面中央に形成される。レーザ投光器９０３が凹部９０２の中央を上下方向に貫通する。レーザ投光器９０３はレーザ投光器９０３の中間部に設けられた球面座９０４を介して傾斜することができるように凹部９０２に支持される。ペンタプリズム９０９を取り付けた回転自在な回転部９０５がレーザ投光器９０３の上部に設けられる。回転部９０５は走査モータ９０６によって駆動ギア９０７、走査ギア９０８を介して回転駆動される。
【０００６】
２組の傾斜機構（一方のみ図示する）がレーザ投光器９０３の周囲に設けられる。一方の傾斜機構９１０は傾斜用モータ９１１と、傾斜用スクリュー９１２と、傾斜ナット９１３とを備える。傾斜用スクリュー９１２は駆動ギア９１４、傾斜用ギア９１５を介して傾斜用モータ９１１によって回転駆動される。レーザ投光器９０３は傾斜用アーム９１６を介して傾斜ナット９１３に連結される。傾斜用スクリュー９１２の回転により傾斜ナット９１３が上下動し、それによりレーザ投光器９０３が傾斜する。
【０００７】
２つの固定傾斜センサ９１８及び９１９が、レーザ投光器９０３の中間部において、回転部９０５の回転軸線と直交する平面上に取り付けられる。一方の固定傾斜センサ９１８は傾斜用アーム９１６と平行に設けられ、他方の固定傾斜センサ９１９は傾斜用アーム９１６と直角をなす方向に設けられる。ピボットピン９２１を設けたフランジ９２０がレーザ投光器９０３の下端に固着される。ピボットピン９２１の上端は、角度設定傾斜角センサ９２９及び角度設定傾斜角センサ９３０を設けたＬ字形の傾斜基板９２２を回動可能に一点支持する。角度設定傾斜角センサ９２９は固定傾斜角センサ９１８と同方向に取り付けられ、角度設定傾斜角センサ９３０は固定傾斜角センサ９１９と同方向に取り付けられる。傾斜基板９２２は２組の傾斜設定機構（一方のみ図示する）に連結される。
【０００８】
一方の傾斜設定機構９２５は、傾斜角設定モータ９２６と、傾斜角設定モータ９２６により回転される傾斜設定スクリュー９２７と、傾斜設定スクリュー９２７に螺合するナットブロック９２８とを有する。傾斜基板９２２の一端がナットブロック９２８に係合している。傾斜角設定モータ９２６を駆動することによって傾斜設定スクリュー９２７を介してナットブロック９２８を上下させ、傾斜基板９２２を傾斜させることができる。
【０００９】
レーザ光線投光器（図示せず）、及びレーザ光線投光器から発せられるレーザ光線を平行光線にするコリメートレンズ等を含む投光光学系（図示せず）が、レーザ投光器９０３の内部に内蔵されている。投光光学系からのレーザ光線はペンタプリズム９０９によって水平方向に偏向され、投光窓９３１から照射される。
【００１０】
次に、この回転レーザ装置の作動について説明する。傾斜角の設定は傾斜設定機構９２５により行なう。最初に、傾斜機構９１０を作動させて固定傾斜センサ９１８、固定傾斜センサ９１９が水平を示すように調整する。次に、傾動角設定モータ９２６を駆動し、傾斜設定スクリュー９２７を回転させてナットブロック９２８を昇降させ、傾動基板９２２を所望の設定角θと逆の方向に、フランジ９２０に対して角度θだけ傾斜させる。この傾斜角θは、傾動角設定モータ９２６に連結したエンコーダ（図示せず）等により検出する。
【００１１】
次に、傾斜機構９１０を駆動して傾動基板９２２が水平を検出するようにレーザ投光器９０３を傾斜させる。この状態でレーザ投光器９０３の光の射出方向は水平面に対して設定角θだけ傾斜する。レーザ光の射出方向の傾斜角を設定した後、ペンタプリズム９０９で回転部９０５の回転軸線に直交する方向に偏向されたレーザ光線をレーザ投光器９０３より照射し、回転部９０５を回転させ、或いは、回転部９０５を所定角度の範囲で往復走査させることにより、傾斜した基準面を形成することができる。
【００１２】
一方、特開平１１−９４５４４号公報には、レーザビームを回転照射するレーザ装置と施工高さ表示装置とからなる、施工高さ表示装置及び施工高さ設定装置が開示されている。この施工高さ設定装置は、レーザ装置から照射されたレーザ光線を施工高さ表示装置で受けることによって、レーザ装置から表示装置までの距離、及び表示装置からレーザ光線が照射されている基準水平面までのずれを検出して、所望の施工高さを測量するものである。
【００１３】
特開平１１−１１８４８７号公報には、レーザ装置と組合せて使用される、傾き角センサを内蔵した基準照射光検出装置が開示されている。
特開平７−２０８９９０号公報には、複数の平面光を回転しながら照射する照射手段と、複数の返光手段とを有する三次元座標測定装置が開示されている。この三次元座標測定装置は、照射手段が照射した光を複数の返光手段によって反射させ、その反射光を前記照射手段によって受けることによって反射手段の三次元座標を測定する。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の回転レーザ装置では、傾斜基準面を形成するために、レーザ投光器９０３を自在に傾斜することができるように支持し、それを２方向に傾斜させるための２組の傾斜設定機構が必要である。２つの固定傾斜センサ９１８、９１９及び２つの角度設定傾斜センサ９２９、９３０を必要とし、加えて、２組の傾斜設定機構を駆動制御するための制御回路が必要になる等機構が複雑であり、その為、製作コストがかかるという課題がある。更に、上記従来の回転レーザ装置では、１つの基準面が形成されるだけであるので、水平基準面と傾斜基準面とを同時に形成することができず、及び水平基準面と傾斜基準面との相対関係を計測することができず、或いは、傾斜角度の異なる２つの傾斜基準面の相対関係を計測することができないという課題があった。
【００１５】
また、特開平７−２０８９９０号公報に開示された三次元座標測定装置では、返光手段が反射した光が照射手段に確実に戻るように、返光手段の角度を正確に調整しなければならないという課題がある。更に、設定した基準面を形成するには返光手段を移動させる必要があり、また、測定値の読取りは照射手段において行わなければならないので、測定装置の操作を１人では行えないという不都合もある。
【００１６】
本発明はかかる実情に鑑み、レーザ投光器を傾斜させることなく、また受光器を精密に位置決めすることなく、任意傾斜面及び任意の高さの水平基準面を同時に形成計測可能とした回転レーザ装置を提供しようとするものである。
【００１７】
【発明の目的】
本発明の目的は、簡単な機構で水平基準面及び傾斜基準面を同時に形成することができる位置測定装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、１人でも容易に操作をすることができる位置測定装置を提供することにある。
本発明の更に別の目的は、水平面を除く所定の面内に広がりを持つファンビームレーザ光を射出することができる回転レーザ装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、水平面と交わる少なくとも２つのファンビームレーザ光を射出しながら所定の軸線を中心にファンビームレーザ光を回転させるように構成された回転レーザ装置と、ファンビームレーザ光を受光する少なくとも１つの受光部を有する受光センサ装置とを含み、ファンビームレーザ光のうちの少なくとも１つの傾斜角度は他のファンビームレーザ光の傾斜角度と異なり、ファンビームレーザ光を受光した受光部の受光状態に基づいて、受光センサ装置が回転レーザ装置に対する受光センサ装置の位置を測定するように構成され、回転レーザ装置は、ファンビームレーザ光を射出する角度を検出する射出方向検出手段と、この射出方向検出手段によって検出された角度を受光センサ装置に送信する角度信号送信機とを更に有し、受光センサ装置は、角度のデータを受信する角度信号受信部を更に有することを特徴とする位置測定装置である。また、少なくとも２つのファンビームレーザ光の交線が所定の水平基準面内にあるように構成するのが良く、受光部は２つのファンビームレーザ光を受光した時間間隔に基づいて回転レーザ装置に対する受光センサ装置の位置を測定するのが良く、更に、受光センサ装置は、ファンビームレーザ光を受光する少なくとも２つの受光部を有するように構成するのが良い。
【００１９】
更に、本発明の位置測定装置では、回転レーザ装置を、２つのファンビームレーザ光の偏光方向が互いに異なるように構成しても良いし、２つのファンビームレーザ光が互いに異なる周波数で変調されるように構成しても良いし、或いは、２つのファンビームレーザ光が互いに異なる波長になるように構成しても良い。この構成により、２つのファンビームレーザ光を識別することが可能になり、レーザ光の受光時間間隔が短いときでも精度の良い測定を行うことができる。
【００２０】
更に、本発明の位置測定装置は、受光センサ装置に対する回転レーザ装置の位置を示す位置センサを受光センサ装置に備えても良い。好ましくは、位置センサはＧＰＳであるのが良い。この構成により、回転レーザ装置に対する受光センサ装置の水平面内の位置を測定することが可能になる。
好ましくは、回転レーザ装置は、レーザ光線を射出するレーザ投光器と、このレーザ投光器に回転可能に取り付けられた回転部と、を備え、回転部は、レーザ投光器から射出されたレーザ光線を偏向させる少なくとも２つのペンタプリズムと、これらのペンタプリズムによって偏向されたレーザ光線を夫々ファンビームにする少なくとも２つのシリンダーレンズと、を備えていても良い。
或いは、回転レーザ装置は、レーザ光線を射出するレーザ投光器と、このレーザ投光器に回転可能に取り付けられた回転部と、を備え、レーザ投光器は、直線偏光のレーザ光線を夫々発する第１及び第２のレーザ光線投光器と、これらのレーザ光線投光器から射出された各レーザ光線が同一の方向に向けられるように偏向させる第１の偏光ビームスプリッターと、この第１の偏光ビームスプリッターから射出された各レーザ光線を円偏光に変換する第１の１／４波長板と、を備え、回転部は、第１の１／４波長板により円偏光に変換された各レーザ光線を夫々直線偏光に変換する第２の１／４波長板と、この第２の１／４波長板によって夫々直線偏光に変換された各レーザ光線の一部を透過させ、一部を反射させる第２の偏光ビームスプリッターと、この第２の偏光ビームスプリッターによって反射されたレーザ光線を円偏光に変換する第３の１／４波長板と、この第３の１／４波長板によって円偏光に変換されたレーザ光線を第１のファンビームレーザ光として反射させる第１のシリンダーミラーと、第２の偏光ビームスプリッターを透過したレーザ光線を円偏光に変換する第４の１／４波長板と、この第４の１／４波長板によって円偏光に変換されたレーザ光線を、第１のファンビームレーザ光とは異なる角度に傾斜した第２のファンビームレーザ光として反射させる第２のシリンダーミラーと、を備えていても良い。
また、第３の１／４波長板と第１のシリンダーミラーの間に配置され、第１のシリンダーミラーによって反射されたファンビームレーザ光を２つに分割する偏角プリズムを備えていても良く、これにより、回転レーザ装置が３つのファンビームレーザ光を射出するように構成することもできる。
さらに、第１及び第２のレーザ光線投光器は、偏光方向が互いに９０゜異なる直線偏光のレーザ光線を発生するように構成するのが良い。
【００２１】
また、更に、ファンビームレーザ光の強度が、ファンビームレーザ光の各部分で異なるようにしても良い。さらに、回転レーザ装置は、ファンビームレーザ光を少なくとも３つ射出し、各ファンビームレーザ光と水平面との交線が等間隔になるようにするのが良い。このように構成された本発明によれば、回転レーザ装置の回転むら誤差の影響を最小にすることができる。
また、少なくとも３つのファンビームレーザ光は、それらが受光される範囲内で互いに交差しないように射出されるのが良い。この構成では、各ファンビームレーザ光が時間間隔をもって受光されるので、各ファンビームの干渉を回避することができる。従って、各ファンビームレーザ光を識別するために、各レーザ光に異なる偏光を与えたり、異なる周波数の変調を与えることなく、精度の高い測定を行うことができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の位置測定装置を図面に基づいて説明する。
（１）第１の実施形態
（１．１）位置測定装置の全体構成
最初に、本発明による位置測定装置の概略構造を説明する。図１に示すように、本発明による位置測定装置１００は回転レーザ装置１５１と受光センサ装置１５４とを含む。回転レーザ装置１５１は２つのファンビーム１５２及び１５３、即ち、扇形平面状に広がるレーザビームを射出ながら点Ｃを中心に回転する。図２に示すように、ファンビーム１５２は水平面に対して角度αをなして射出され、ファンビーム１５３は水平面に対して角度βをなして射出される。更に、ファンビーム１５２と水平面が交わる交線と、ファンビーム１５３と水平面が交わる交線のなす角度をδとする。２つファンビーム１５２、１５３はこのような関係を保ちながら回転するので、ファンビーム１５２、１５３は時間差をもって受光センサ装置１５４を横切る。本発明による位置測定装置はこの時間差を基に受光センサ装置１５４の水平面からの仰角を測定するように構成する。
【００２３】
（１．２）回転レーザ装置
（１．２．１）２つのファンビームレーザ光を射出する回転レーザ装置
次に、水平面に対して傾斜した２つのファンビームレーザ光を発しながら鉛直軸線を中心に回転する回転レーザ装置を説明する。
図３に示すように、本発明による回転レーザ装置１５１はケーシング１０１と、レーザ投光器１０３とを有する。切頭円錐形の凹部１０２がケーシング１０１の上面中央に形成される。レーザ投光器１０３が凹部１０２の中央を上下方向に貫通する。レーザ投光器１０３は傾斜することができるように、球面座１０４を介して凹部１０２に支持される。ペンタプリズム１０９を有する回転自在な回転部１０５がレーザ投光器１０３の頭部に設けられる。回転部１０５は走査モータ１０６によって駆動ギア１０７、走査ギア１０８を介して回転駆動される。
【００２４】
回転レーザ装置１５１は、レーザ投光器１０３の周囲に設けられた２組の傾斜機構を有する（一方のみ図示する）。一方の傾斜機構１１０は傾斜用モータ１１１と、傾斜用スクリュー１１２と、傾斜ナット１１３とを有する。傾斜用モータ１１１は駆動ギア１１４、傾斜用ギア１１５を介して傾斜用スクリュー１１２を回転させることができる。傾斜用スクリュー１１２の回転により傾斜ナット１１３を上下に移動させる。傾斜ナット１１３は傾斜用アーム１１６を介してレーザ投光器１０３と連結される。傾斜ナット１１３が上下動することによってレーザ投光器１０３が傾斜する。また、図示していないもう一組の傾斜機構は、傾斜機構１１０と同様の機構によって、上記の傾斜機構１１０が傾斜する方向に直交する方向に投光器１０３を傾斜させる。
【００２５】
傾斜用アーム１１６に平行な固定傾斜センサ１１８と、傾斜用アーム１１６に対して直角方向の固定傾斜センサ１１９がレーザ投光器１０３の中間部に設けられる。傾斜機構１１０により傾斜用アーム１１６を傾斜させ、固定傾斜センサ１１８が常に水平になるように制御を行なうことができる。また、同時に、もう一組の傾斜機構によって固定傾斜センサ１１９が常に水平になるように制御を行なうことができる。
【００２６】
レーザ投光器１０３及びそれに取付けられた回転部１０５について説明する。図４に示すように、レーザ光線投光器１３２、及びレーザ光線投光器１３２から発せられるレーザ光線を平行光線にするコリメートレンズ１３３等を含む投光光学系が、レーザ投光器１０３の内部に内蔵されている。投光光学系からのレーザ光線は回転部１０５の回折格子（BOE）１３４によって２つのファンビーム１５２、１５３に形成される。ファンビーム１５２、１５３は、ペンタプリズム１０９によって水平方向に偏向され、投光窓１３１から照射される。
【００２７】
図５に示すように、レーザ光線がペンタプリズム１０９によって偏向された後に透過する位置に回折格子（BOE）１３４ａを配置しても良い。なお、図５に示す構成では、回折格子１３４ａの配置以外の構成は、全て図４に示す構成と同じである。
【００２８】
図６に示すように、レーザ光線は回折格子（BOE）１３４を透過すると２つのファンビーム１５２、１５３に形成される。
以上説明したように、レーザ投光器１０３は、レーザ光線投光器１３２から発せられ、次いで回折格子（BOE）１３４によって２つのファンビーム１５２、１５３に形成されたレーザ光線を照射する。レーザ光線はペンタプリズム１０９によって水平方向に偏向され、回転部１０５を回転させる事により基準面を形成する。
【００２９】
（１．２．２）異なる偏光の２つのファンビームレーザ光を射出する回転レーザ装置
次に、異なる偏光の２つのファンビームレーザ光を射出する回転レーザ装置について説明する。
後で詳細に述べるように、精度の高い位置測定を行うためには、互いに異なる偏光を有する２つのファンビームレーザ光を射出する回転レーザ装置を使用するのが有利である。図７に示すように、回転レーザ装置１５１ａは２つのファンビーム１５２ａ、１５３ａを射出する。２つのファンビーム１５２ａ、１５３ａが異なる偏光を有することにより、受光センサ装置１５４ａの受光部が２つのファンビーム１５２ａ、１５３ａを区別することが可能になる。
【００３０】
図８に示すように、回転レーザ装置１５１ａに内蔵されたレーザ投光器１０３ａ及び及びそれに取付けられた回転部１０５ａ以外のレーザ投光器を傾斜させる機構は図３と同じである。ここでは、レーザ投光器１０３ａ及びその回転部１０５ａについて説明する。
【００３１】
図９を参照すると、異なる偏光のファンビーム１５２ａ、１５３ａを射出する回転レーザ装置１５１ａは、レーザ投光器１０３ａ及び回転部１０５ａを有する。なお、図中の各光学素子を通るレーザ光線の方向は実線の矢印で図示し、レーザ光線の偏光方向は破線の矢印で模式的に図示されている。
【００３２】
レーザ投光器１０３ａに使用するレーザ光線投光器１３２ａにレーザダイオードを用いると、レーザ光は直線偏光になる。この偏光方向をここではＸ方向とし、レーザ光の射出される方向をＺ方向とし、ＸＺ平面に直交する方向をＹ方向とする。レーザ光線投光器１３２ａから発せられたレーザ光線は、コリメートレンズ１３３ａにより平行光に形成され、１／４波長板１４０に入射する。１／４波長板１４０は、レーザ光線投光器１３２ａが射出し、Ｘ方向に直線偏光されたレーザ光が円偏光になるような方向に配置される。１／４波長板１４０を通過したレーザ光は再度１／４波長板１３９を透過して、図９に示すような、Ｘ方向と４５゜の角度をなす方向に直線偏光される。ここで、回転部１０５ａは回動自在に保持されているので、１／４波長板１４０と１／４波長板１３９との相対位置は変化する。しかしながら、１／４波長板１４０を通過したレーザ光は円偏光であるので、再度１／４波長板１３９を透過した後の直線偏光の偏光方向は、相対位置の変化の影響を受けず、１／４波長板１３９により決定される。次に、レーザ光は偏光ビームスプリッター１４１を通過する。偏光ビームスプリッター１４１はＹ方向の偏光成分を反射させ、Ｘ方向の偏光成分を透過させるように構成される。したがって、１／４波長板１３９によってＸ方向と４５゜の角度をなす方向に直線偏光されたレーザ光のＹ方向成分は偏光ビームスプリッター１４１によって反射されて９０゜偏向される。一方、レーザ光のＸ方向成分は偏光ビームスプリッター１４１を通過する。
【００３３】
偏光ビームスプリッター１４１によって反射したレーザ光は、再度１／４波長板１３８に入射して円偏光となり、次にシリンダーミラー１３６により反射される。シリンダーミラー１３６は、レーザ光が回転部１０５ａより射出された際に水平面に対してαの角度になるような方向に配置される。シリンダーミラー１３６で反射されたレーザ光は、再度１／４波長板１３８を透過してＺ方向の直線偏光になるため、今度は、偏光ビームスプリッター１４１を透過することができ、回転部１０５ａより射出される。
【００３４】
一方、偏光ビームスプリッター１４１を透過したレーザ光は、同様に再度１／４波長板１３７に入射して円偏光となり、次にシリンダーミラー１３５によって反射される。シリンダーミラー１３５は、レーザ光が回転部１０５ａより射出された際に水平面に対しβの角度になるような方向に配置される。シリンダーミラー１３５で反射されたレーザ光は、再度１／４波長板１３７を透過してＹ方向の直線偏光になるため、今度は、入射時に透過した偏光ビームスプリッター１４１で反射され、回転部１０５ａより射出される。
【００３５】
シリンダーミラー１３５、１３６の代りに同様の効果を持つ回折格子を使用しても良い。回折格子を使用した場合には、必要に応じてファンビーム光の強度分布を変える事も可能になる。ファンビーム光の水平面付近の光は、遠くの位置にあってもファンビーム光を受光センサ装置１５４ａによって受光できるように、より強い光量が必要となる。水平方向から大きく離れた部分の光は、回転レーザ装置１５１ａから離れると地表面と干渉するか若しくは受光不可能な高さまで広がってしまう。従って、受光センサ装置１５４ａでの受光は近距離に限られるので強い光量を必要としない。
【００３６】
又、光学系は、次の様な特徴を持っている。回転部１０５ａはレーザ投光器１０３ａに対して回転可能であるため、それらの間に多少のガタが生じることは避けられない。レーザ光をミラーによって１回反射させて偏向させた場合、前記のガタがあると、レーザ光の偏向方向に誤差が生じる。本実施形態においては、レーザ投光器１０３ａより射出したレーザ光は、どちらのファンビーム光も回転部１０５ａ内において、偏光ビームスプリッター１４１における反射と、シリンダーミラー１３５、１３６における反射の合計２回反射して射出される。そのため、射出されるレーザ光が偏向される角度は、ガタによって回転部１０５ａが傾いたとしても、回転部１０５ａの透過偏角にのみによって決定される。したがって、回転部１０５ａのガタによって偏向方向に誤差が生じることはない。この構成は、一般的に使用されているペンタプリズムを使用したのと同様の効果がある。
【００３７】
（１．２．３）回転レーザ装置に対する受光センサ装置の角度位置測定部
次に、回転レーザ装置１５１ａに対する受光センサ装置１５４ａの角度位置、即ち回転レーザ装置１５１ａがレーザ光を射出する円周上のどの角度位置に受光センサ装置１５４ａが配置されているかを測定する角度位置測定部について説明する。なお、ここで説明する角度位置測定部は前記の回転レーザ装置１５１にも全く同様に組合せることができる。
【００３８】
回転レーザ装置１５１ａは、図８に示すように、射出方向検出手段、即ち、射出レーザ光の射出角度を検出するエンコーダ１１７と、検出した射出角度を受光センサ装置１５４ａへ送信する角度信号送信機１２３とを有する。エンコーダ１１７は回転部１０５ａの射出角度を検出する。検出された射出角度データは角度信号送信機１２３によって連続的に受光センサ装置１５４ａに送信される。
【００３９】
また、図３に示した回転レーザ装置１５１のレーザ投光器１０３（図５参照）の場合には、図１０に示す実施形態によって受光センサ装置１５４の角度位置を測定することもできる。この実施形態では、ファンビーム１５２、１５３とは異なる波長（色）のＬＥＤ、若しくはレーザダイオードを変調して角度情報を受光センサ装置１５４に投光する角度信号投光器１７２を使用する。
【００４０】
図１０を参照すると、角度投光器１７２から射出されたレーザ光は、ダイクロックプリズム１７１で反射され、コリメートレンズ１３３で発散光線にされる。発散の度合いは、コリメートレンズ１３３と角度投光器１７２の相対関係で決定される。コリメートレンズ１３３を透過した光は、ペンタプリズム１０９を透過してミラー１４８で反射され、回転部１０５の回転軸線に直交する方向に射出される。この光を受光センサ装置で受光することにより角度位置を測定する。
【００４１】
一方、レーザ光線投光器１３２から射出された光はダイクロックプリズム１７１を透過し、コリメートレンズ１３３で平行光にされる。この光はダイクロックミラー１４９で反射され、ペンタプリズム１０９で偏向される。偏向された光は回折格子１３４を透過して２つのファンビーム１５２、１５３に形成される。
【００４２】
その他２つのファンビームを発生させる方法について、図１１乃至図１３に図示する。
図１１は回転部１０５の他の実施形態である。図１１を参照すると、１／４偏光板１３９に円偏光で入射されたレーザ光は偏光ビームスプリッター１４１を透過する。ビームスプリッター１４１を透過した光は１／４波長板１３８を透過する。透過したレーザ光の一部はシリンダーハーフミラー１４７で反射され、再び１／４波長板１３８を透過する。１／４波長板１３８を透過したレーザ光は今度はビームスプリッター１４１によって反射され、ファンビーム１５２として射出される。シリンダーハーフミラー１４７はファンビーム１５２の傾き角度がαになるような方向に配置される。
【００４３】
一方、ハーフミラー１４７を透過した光は偏光ビームスプリッター１４１ａを透過し、１／４波長板１３７に入射する。この光は１／４波長板１３７を透過してシリンダーミラー１３５に入射する。ミラー１３５に入射した光はミラー１３５によって反射されて、再び１／４波長板を透過する。この光は、今度はビームスプリッター１４１ａによって反射され、ファンビーム１５３として射出される。ミラー１３５はファンビーム１５３の傾き角度がβになるような方向に配置される。
【００４４】
図１２は回転部１０５の更に別の実施形態である。図１２を参照すれば、回転部１０５に入射した光は、ペンタプリズム１０９に入る。ペンタプリズム１０９に入った光の一部はペンタプリズム１０９の上面のハーフミラー１４６によって反射され、ペンタプリズム１０９によって偏向される。偏向された光はシリンダーレンズ１４５ａによってファンビーム１５２に形成されて射出される。シリンダーレンズ１４５ａはファンビーム１５２の傾き角度がαになるような方向に配置される。
【００４５】
一方、ペンタプリズム１０９のハーフミラー１４６を透過した光はペンタプリズム１０９ａに入射して偏向される。ペンタプリズム１０９ａによって偏向された光はシリンダーレンズ１４５ｂによってファンビーム１５３に形成されて射出される。シリンダーレンズ１４５ｂはファンビーム１５３の傾き角度がβになるような方向に配置される。
【００４６】
図１３は２つのファンビーム１５２、１５３を形成する別の実施形態である。図１３（ａ）に示すように、シリンダーレンズロッド１４４を切断し、切断されたシリンダーレンズ１４４ａ、１４４ｂを再度接合する（図１３（ｂ））。この接合されたシリンダーレンズを光が透過すると２つのファンビーム１５２、１５３が形成される（図１３（ｃ））。
【００４７】
（１．３）受光センサ装置
（１．３．１）２つのファンビームレーザ光を射出する回転レーザ装置用の受光センサ装置
次に、回転レーザ装置１５１の射出したファンビーム１５２、１５３を受光するための受光センサ装置１５４について説明する。図１４及び図１５に示すように、受光センサ装置１５４の筐体１６４には、ファンビーム１５２、１５３を検出するための受光部１５５、１５６が固定される。筐体１６４は、表示部１５７と、警告部１６１、例えばブザーと、入力キー１６２と、指標１６３と、標尺１５９とを有する。更に筐体１６４は記憶部１６５、受光状態判断部１６６、標尺目盛読取部１６７及び角度信号受信部１７０を内蔵する。表示部１５７には、例えば、水平基準面から受光センサ装置１５４までの高さと、回転レーザ装置１５１と受光センサ装置１５４との間の距離と、回転レーザ装置１５１に対する受光センサ装置１５４の角度位置が表示される。
【００４８】
（１．３．１．１）受光センサ装置による角度の測定原理
前述のように、回転レーザ装置１５１はファンビーム１５２、１５３を射出しながら点Ｃを中心に回転する。図２に示したように、ファンビーム１５２は水平面に対して角度αをなして射出され、ファンビーム１５３は水平面に対して角度βをなして出射される。更に、ファンビーム１５２と水平面が交わる交線と、ファンビーム１５３と水平面が交わる交線は角度δをなしている。２つファンビーム１５２、１５３はこのような関係を保ちながら回転するので、ファンビーム１５２、１５３は時間差をもって受光センサ装置１５４の受光部を横切る。
【００４９】
受光センサ装置１５４の受光部が水平面内の位置Ａにある場合には、受光センサ装置１５４が検出する光は図１６（ａ）に示すようになる。これに対して、受光部がＡの鉛直上方Ｂの位置にある場合には、検出されるファンビームは図１６（ｂ）に示すようになる。ここで、図１６（ａ）に示すように、受光部がＡ点にある場合の２つのファンビームの検出時間間隔をｔ0とし、回転レーザ装置１５１の回転周期をＴとすると２つビームの検出時間間隔は（数式１）で与えられる。
【数１】
0003816807.tif 000002
【００５０】
又、受光部が任意の高さＢにある場合の検出時間間隔ｔは、受光部の位置Ｂとファンビームレーザ光の射出点Ｃとを結んだ直線と、水平面とのなす角度∠ＢＣＡ=γに比例するので、γが大きくなると検出時間間隔ｔが長くなる。従って、Ｂにおける検出時間間隔ｔを測定することにより、回転レーザの射出点Ｃと受光部の位置Ｂとを結んだ直線が水平面となす角度γを下記の（数式２）又は（数式３）から算出することができる。
【数２】
0003816807.tif 000003
【数３】
0003816807.tif 000004
【００５１】
２つのファンビーム１５２、１５３が受光センサ装置１５４の受光部を横切る時間間隔ｔ及び、回転レーザ装置１５１の回転周期Ｔから角度γを算出する演算処理を、受光センサ装置１５４に内蔵された受光状態判断部１６６が行なうことによりγを測定することができ、この測定結果を表示部１５７が表示することができる。
【００５２】
次に、回転レーザ装置１５１が、水平面内で交差する２つのファンビームを射出する場合、即ち図２の角度δを０゜とした場合について説明する。この状態を図１７に示す。
受光センサ装置１５４が水平面内の位置Ａにある場合、回転する２つのファンビーム１５２、１５３が受光センサ装置１５４を同時に通過するため、ｔ0＝０となる。従って、任意の高さの点Ｂと回転レーザ装置の回転中心Ｃとを結んだ直線と、水平面とのなす角度∠ＢＣＡ=γは、（数式２）及び（数式３）にｔ0＝０を代入することにより、（数式４）、（数式５）によって得られる。
【数４】
0003816807.tif 000005
【数５】
0003816807.tif 000006
【００５３】
（数式４）又は（数式５）からわかるように、α、βは定数であるから、角度γは回転レーザ装置１５１の回転周期Ｔ及び２つファンビームの検出時間間隔ｔの関数として表される。回転レーザ装置１５１の回転にむらがあり、設定された回転周期Ｔに誤差がある場合、又は、設定回転周期Ｔに誤差がないとしても、１回転中に回転むらがある場合には検出時間間隔ｔに誤差が生じ、算出されるγにも誤差が生じることになる。水平基準面を測定する場合において、図１７のように２つのファンビーム１５２、１５３が水平面内で交わる様に構成すれば、γ＝０においてｔ＝０となるため、この誤差の影響を受けない。
【００５４】
実際の土木工事においては、水平面を基準平面とする場合が多く、水平面内でファンビーム１５２、１５３が交差しない図１の構成よりも、水平基準面において測定誤差が最小になる図１７に示す構成が望ましい。
ここで説明した受光センサ装置１５４による角度の測定原理は、２つの異なる偏光を有するファンビーム１５２ａ、１５３ａを受光するための受光センサ装置１５４ａについても全く同様に成り立つ。
【００５５】
（１．３．１．２）２つの受光部を用いた受光センサ装置による角度の測定原理次に、受光部を２つ有する受光センサ装置１５４による角度の測定原理について説明する。２つの受光部を使用して、回転レーザ装置１５１に対する受光センサ装置１５４の高さ、及びそれらの間の距離を求めることができる。図１８に示すように、２つ受光部１５５、１５６が受光センサ装置１５４に鉛直方向に並べて設けられる。
【００５６】
２つのファンビーム１５２、１５３は水平面内において交差するように配置され、ファンビーム１５２は水平面と角度αをなし、ファンビーム１５３は水平面と角度βをなして回転する。２つの受光部１５５、１５６は鉛直方向に距離Ｄを隔てて配置される。
２つファンビーム１５２、１５３は上記の関係を保ちながら回転しているので、ファンビーム１５２、１５３が受光センサ装置１５４を横切るとき、受光センサ装置１５４の受光部１５５、１５６に図１９に示すような時間差が検出される。
【００５７】
検出された、時間間隔ｔ1、ｔ2、ｔ3、Ｔと定数α、β、Ｄより、受光部１５５の水平基準面からの高さd1は（数式６）で与えられ、受光部１５６の高さd2は（数式７）で与えられる。
【数６】
0003816807.tif 000007
【数７】
0003816807.tif 000008
【００５８】
また、受光部１５５とファンレーザビームの射出点Ｃとを結んだ直線と、水平面とのなす角度をγ2とし、受光部１５６と点Ｃとを結んだ直線と、水平面とのなす角度をγ1とすると、（数式４）よりγ2、γ1はそれぞれ（数式８）、（数式９）のように求められる。
【数８】
0003816807.tif 000009
【数９】
0003816807.tif 000010
【００５９】
一方、回転レーザ装置１５１から受光センサ装置１５４のまでの距離Ｌは、  γ2、γ1、ｄ1、ｄ2によって（数式１０）及び（数式１１）のように表わすことができる。
【数１０】
0003816807.tif 000011
【数１１】
0003816807.tif 000012
【００６０】
（数式６）乃至（数式９）を（数式１０）及び（数式１１）に代入することにより（数式１２）及び（数式１３）が得られる。
【数１２】
0003816807.tif 000013
【数１３】
0003816807.tif 000014
（数式１２）及び（数式１３）何れの式でも、回転レーザ装置１５１と受光センサ装置１５４との間の距離を求めることができるが、ｔ2―ｔ1=０の時には（数式１２）に０の除算が存在し、ｔ3=０の時には（数式１３）に０の除算が存在してしまうので、その場合は他方の式を使用する。
【００６１】
次に、図２０に示すように、受光センサ装置１５４が角度εだけ傾斜している場合について説明する。この場合においても、検出された時間間隔ｔ1、ｔ2、ｔ3、及び回転周期Ｔより、傾斜の補正を行ない回転レーザ装置１５１に対する受光センサ装置１５４の高さ、及びそれらの間の距離を求めることができる。
【００６２】
α＋ε＜９０゜の場合には、ファンビームは、受光センサ装置１５４の受光部１５５、１５６において図１９と同じ順序で検出される。検出された時間間隔ｔ1、ｔ2、ｔ3、回転周期Ｔ、定数α、β、及び受光部１５５と受光部１５６との間の距離Ｄより、水平基準面から受光部１５５、１５６までのそれぞれの鉛直距離ｄ1、ｄ2は（数式１４）及び（数式１５）で与えられる。
【数１４】
0003816807.tif 000015
【数１５】
0003816807.tif 000016
又、受光センサ装置１５４の傾斜角εは、（数式１６）で与えられる。
【数１６】
0003816807.tif 000017
距離Ｌは、（数式１４）、（数式１５）、（数式８）、（数式９）で求められたｄ1、 ｄ2、 γ1、 γ2を（数式１０）、（数式１１）に代入する事により求めることができる。
【００６３】
次に、図２１及び図２２を参照して、ファンビームを検出するための受光部１５５、１５６が水平方向に２つ並んだ場合について説明する。
２つのファンビーム１５２、１５３は水平面内において交差するように配置され、ファンビーム１５２は水平面と角度αをなし、ファンビーム１５３は水平面と角度βをなして回転する。受光センサ装置１５４にはファンビームを検出する２つの受光部１５５、１５６が距離Ｄを隔てて水平方向に並んで配置される。
【００６４】
２つファンビームは上記の関係を保ちながら回転しているので、受光センサ装置１５４の受光部１５５、１５６をファンビームが横切ると、ファンビームが図２２のように検出される。検出された時間間隔ｔ1、ｔ2、ｔ3、Ｔと定数α、β、Ｄによって、回転レーザ装置１５１の回転中心Ｃから受光センサ装置１５４の受光部１５５、１５６までの水平距離が、（数式１７）で与えられる。
【数１７】
0003816807.tif 000018
【００６５】
水平基準面から受光部１５５までの鉛直距離ｄ1、水平基準面から受光部１５６までの鉛直距離ｄ2は、（数式１０）、（数式１１）を変形した（数式１８）、（数式１９）で与えられる。
【数１８】
0003816807.tif 000019
【数１９】
0003816807.tif 000020
【００６６】
（数式１８）、（数式１９）に（数式８）、（数式９）、（数式１７）を代入すると（数式２０）、（数式２１）が得られる。
【数２０】
0003816807.tif 000021
【数２１】
0003816807.tif 000022
【００６７】
ここで、γ2、γ1≒０の場合、tan(γ)≒γの関係が成り立つので（数式２２）及び（数式２３）が成り立つ。
【数２２】
0003816807.tif 000023
【数２３】
0003816807.tif 000024
【００６８】
ｄ1、ｄ2、εを計算する（数式１４）、（数式１５）、（数式１６）、（数式２２）、（数式２３）をみると、計算式に回転周期Ｔが存在しないことがわかる。このことは、回転レーザ装置１５１の回転に回転むらがあり、設定された回転周期Ｔに誤差があったとしても誤差の影響を受けにくいということを表わしている。即ち、２つのファンビーム１５２、１５３が受光センサ装置１５４の受光部１５５、１５６を横切る際の短い時間内において、時間間隔ｔ1、ｔ2、ｔ3に影響を与えるような回転むらが生じなければ、測定誤差が発生することはない。
【００６９】
なお、ここで説明した測定原理は２つの異なる偏光を有するファンビーム１５２ａ、１５３ａを受光する受光センサ装置１５４ａについても全く同様に適用することができる。
【００７０】
（１．３．１．３）受光センサ装置の位置の判別原理
受光センサ装置１５４の受光部が１つの場合、若しくは２つの受光部が水平方向に配置されている場合であって、なおかつ２つのファンビームが水平面上で交差する場合には、水平基準面から上方向、及び下方向に等距離離れた２つの位置では、両方とも同じ時間間隔でファンビームが検出され、時間間隔を測定しただけでは前記２つの位置を判別することができない。この場合、受光センサ装置１５４が水平基準面の上にあるか下にあるかを判別するために、受光センサ装置１５４を上下に動かし受光状態の変化を確認する必要があった。即ち、受光センサ装置１５４を上方に移動させたときに時間間隔が長くなったとすれば、受光センサ装置１５４は水平基準面の上側にあり、時間間隔が短くなったとすれば受光センサ装置１５４は水平基準面の下側にあるということがわかる。受光部が少なくとも２つ以上あり、かつ水平方向以外に配置された場合には、上記操作を行なう事なく、水平基準面の上であるか、下であるかを判別することが可能になる。また、偏光方向、波長等から２つのファンビーム１５２、１５３を識別することができる場合には、受光部が１つの場合、若しくは２つの受光部が水平方向に配置されている場合であっても、どちらのファンビームが先に検出されたかによって、水平基準面の上か下かを判別することができる。
【００７１】
（１．３．１．４）ファンビームの検出時間間隔が短い場合の測定原理
前記の通り、受光センサ装置１５４は２つのファンビームが受光センサ装置１５４の受光部を横切る時間間隔ｔを計測し、それを演算する事により、回転レーザ装置１５１に対する受光センサ装置１５４の高さ、それらの間の距離、及び受光センサ装置１５４の傾斜角を算出する。受光部が受光した２つのファンビーム１５２、１５３の受光時間間隔が図２３（ａ）のように長い場合には、正確な受光時間間隔ｔを計測することができる。しかし、図２３（ｂ）及び図２３（ｃ）のように、２つのファンビーム１５２、１５３の受光間隔が短く、受光信号がお互いに干渉している場合には正確な受光時間間隔を計測することができない。２つのファンビームによる信号を偏光により区別し、各々別の信号として認識する事により、受光間隔が短い場合でも正確な受光時間間隔の計測を行なう事が可能になる。
【００７２】
（１．３．２）２つの異なる偏光を有するファンビームレーザ光を射出する回転レーザ装置用の受光センサ装置
上記の２つの異なる偏光を有するファンビームレーザ１５２ａ、１５３ａを受光する受光センサ装置１５４ａについて説明する。なお、ここでは、２つの異なる偏光を有するレーザ光を識別する部分の構成について説明する。その他の構成、及び回転レーザ装置に対する受光センサの高さ、及びそれらの間の距離等を求める測定原理は前記の受光センサ装置１５４と同一である。
【００７３】
図２４（ａ）は受光センサ装置１５４ａの正面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図を示す。図２４に示すように、この受光センサ装置１５４ａの受光部１５５ａは、受光素子１５５ｂ、１５５ｃと、各受光素子の前に設けられた偏光ビームスプリッター１６８とを有し、受光部１５６ａは、受光素子１５６ｂ、１５６ｃと、各受光素子の前に設けられた偏光ビームスプリッター１６９とを有する。偏光ビームスプリッター１６８、１６９は入射レーザ光の偏光方向に応じて、レーザ光を透過又は反射する。反射光用に受光素子１５５ｂ、１５６ｂが、透過光用に受光素子１５５ｃ、１５６ｃが設けられており、入射レーザ光の偏光方向を判別できるようになっている。これにより、２つのファンビーム１５２ａ、１５３ａが短い時間間隔で受光部１５５ａ、１５６ａに入射されたとしても、例えば、受光素子１５５ｂ、１５６ｂがファンビーム１５２ａを、受光素子１５５ｃ、１５６ｃがファンビーム１５３ａを夫々検出するので、時間間隔を正確に検出することができる。
【００７４】
別の実施形態として、回転レーザ装置１５１ａの光路の最後に、さらに１／４波長板（図示せず）を設け円偏光でレーザ光を射出するように構成して、受光部１５５、１５６の偏光ビームスプリッター１６８、１６９の前に１／４波長板（図示せず）を設けると、受光センサ装置１５４が傾いていたとしてもビームスプリッター１６８、１６９によって正確に２つのファンビームを分離することができる。
【００７５】
（１．３．３）回転レーザ装置に対する受光センサの角度位置の測定
受光センサ装置１５４は、回転レーザ装置１５１に設けられた角度信号送信機１２３（図３）から送信された射出角度データを角度信号受信部１７０（図１５）によって連続的に受信する。受光センサ装置１５４がファンビーム１５２、１５３を受光した瞬間に受信された射出角度データによって回転レーザ装置１５１に対する受光センサ装置１５４の角度位置を測定することができる。角度信号受信部１７０による角度位置の測定は、２つの異なる偏光のファンビームを受光する受光センサ装置１５４ａ（図２４）にも全く同様に適用することができる。
【００７６】
又、回転レーザ装置１５１に対する受光センサ装置１５４の角度位置を測定するために、受光センサ装置１５４に、受光センサ装置１５４に対する回転レーザ装置１５１の位置を直接的に示す位置センサを設けても良い。例えば、位置センサとしてＧＰＳ（Global Positioning System）受信機があり、水平面内の角度位置に関しては、ＧＰＳによって回転レーザ装置１５１に対する受光センサ装置１５４の位置を求める。相対高さについては、ＧＰＳでは比較的精度が落ちるので、前述の本発明による方法を用いるのが有効となる。位置センサによる角度位置の測定は、２つの異なる偏光のファンビームを受光する受光センサ装置１５４ａにも全く同様に適用することができる。
【００７７】
次に、図１０に示した、角度位置の信号をレーザ光で送信するタイプの実施形態について説明する。角度信号投光器１７２は、例えば、図２５に示すようなパターンで点滅するレーザ光を射出することにより角度位置を送信する。図２５に示す信号はリファレンス信号Ｓ１と、角度位置をデジタル符号化したパターンで点滅するデジタル信号Ｓ２とからなる。リファレンス信号Ｓ１は等間隔に射出され、デジタル信号Ｓ２は、リファレンス信号とリファレンス信号との間で、デジタル符号を表すパターンで点滅する。該デジタル符号はエンコーダ１１７（図３）によって測定された角度位置をデジタル符号化したものである。
【００７８】
本実施形態の場合には、受光センサ装置１５４ａに角度位置の信号を受光するための角度情報受光部を設ける。角度情報受光部には色フィルターを配置して、角度情報を表すレーザ光だけを受信し、ファンビーム１５２ａ、１５３ａの影響を受けないようにする。受光センサ装置１５４ａは、角度位置の信号を受光すると、そのデジタル信号に基づいて角度位置を求める。ただし、この角度位置は、デジタル信号Ｓ２が或る間隔をおいて送られてくるため、概略的な値しか示さない。そこで、次に、２つのファンビーム１５２ａ、１５３ａを受光した時刻と、リファレンス信号Ｓ１を受光した時刻との時間差から、間隔のあいた角度位置情報を内挿してより正確な角度を測定する。
【００７９】
また、ファンビーム１５２ａ、１５３ａと、角度信号投光器１７２の発したレーザ光は、必ずしも同時に受光されるように構成しなくても良い。即ち、回転レーザ装置が、ファンビーム１５２ａ、１５３ａと、角度信号投光器１７２の発するレーザ光とを異なる方向に射出するように構成しても良い。この場合には、ファンビーム１５２ａ、１５３ａを受光した時刻と、角度情報を受光した時刻の時間差から角度を算出する。この構成においては、ファンビーム１５２ａ、１５３ａと、角度信号投光器１７２の発するレーザ光が同じ波長（色）でも良く、ファンビーム１５２ａ、１５３ａ用の受光部と角度情報用の受光部とを兼用にすることができる。
更に、角度情報を送信するためのレーザ光は、ファンビーム１５２ａ、１５３ａによる位置の測定が可能な範囲をすべてカバーできるような広がり角を有するように構成する必要がある。
【００８０】
（１．３．４）単一の受光部を有する受光センサ装置
受光センサ装置１５４又は１５４ａに設けられた受光部のうち１つを省略することができる。この場合には、単一の受光部を有する受光センサ装置によって測定を１回行った後、受光センサを距離Ｄだけ移動させて２回目の測定を行う。これら２回の測定データの組を前記の２つの受光部を有する受光センサ装置の各受光部が測定したデータとして使用して、同一の測定原理によって測定を行う。受光センサ装置１５４の移動距離Ｄは標尺１５９に設けられた目盛１６０と、筐体１６４に印された指標１６３とによって測定することができる。この移動距離Ｄは筐体１６４に内蔵された標尺目盛読取部１６７によって読み取られ、この距離Ｄの測定値が受光状態判断部１６６に送られ、他の測定値と共に演算される。受光センサ装置の他の構成は受光部が１つになる以外は全て同一である。
【００８１】
（１．３．５）３つ以上の受光部を有する受光センサ装置
また、受光センサ装置１５４又は１５４ａに設ける受光部を３つ以上にしても良い。受光部の数以外の構成は前記の受光センサ装置の構成と同一である。この場合には、図２３で説明したような２つのファンビームによる信号の干渉が１つの受光部で起きたとしても、他の２つ以上の受光部で同時に干渉が起こることはない。従って、干渉が起った受光部の測定値を捨て、残りの２つの受光部によって受光された測定値を用いることにより、２つのファンビームを偏光によって識別できない場合においても正確な計測を行なうことができる。
【００８２】
図２６（ａ）乃至（ｆ）に全方向受光可能な受光センサ装置１５４ｂの実施形態を図示する。図２６（ａ）に示すように、全方向受光可能な受光センサ装置１５４は、支柱１８０と、３つの受光部１５５ｄ、１５５ｅ、１５５ｆと、受光センサ制御部１７７とを有する。３つの受光部１５５ｄ、１５５ｅ、１５５ｆは支柱１８０に等間隔に取付けられ、受光センサ制御部１７７は支柱の下部に取付けられる。図２６（ｂ）乃至（ｄ）に示すように、各受光部１５５ｄ、１５５ｅ、１５５ｆはそれぞれ環状のシリンドリカルフレネルレンズ１７６と、環状のファイバーシート１７５と、環状に配置された複数の受光素子１７３とを有し、これらは同心円状に配列される。更に、環状に配置された受光素子１７３の内側には受光素子制御部１７４が設けられる。図２６（ｅ）及び（ｆ）に示すように、受光センサ制御部１７７は表示部１５７と、警告部１６１、例えば、ブザーと、入力キー１６２と、記憶部１６５と、受光状態判断部１６６と、角度信号受信部１７０と、外部通信部１７８とを有する。更に、受光センサ制御部１７７は外部通信部１７８を介して外部コンピュータ１７９と接続することができる。外部コンピュータ１７９によってデータの入力、測定結果の表示、測定結果の後処理を行うことができる。
【００８３】
ファンレーザビームが各受光部に照射されると、光はシリンドリカルフレネルレンズ１７６によって、ファイバーシート１７５を介して受光素子１７３に合焦される。受光素子１７３は光を受けると、受光信号を受光素子制御部１７４に送る。各受光部１５５ｄ、１５５ｅ、１５５ｆに内蔵された受光素子制御部１７４は受光信号を受光センサ制御部１７７に送る。受光センサ制御部１７７における信号の処理は、受光センサ装置１５４における信号の処理と同じである。
【００８４】
（１．４）位置測定装置の作動
（１．４．１）回転レーザ装置及び受光センサ装置による位置測定手順
（１．４．１．１）２つの受光部を有する受光センサ装置による測定
回転レーザ装置１５１及び受光センサ装置１５４による三次元的な位置測定の手順を説明する。
図２７に示す信号処理の手順を使用して三次元位置測定を行う。まず、受光部１５５、１５６が回転レーザ装置１５１の発するファンビーム１５２、１５３を受光する。受光部１５５、１５６はビームを受光すると図１９に示すような信号を発生する。この信号は受光センサ装置１５４の受光状態判断部１６６に送られ、時間間隔ｔ1、ｔ2、ｔ3が計算される。受光状態判断部１６６に信号を送ると同時に、ビームを受光したことを指示する信号が、角度信号受信部１７０に送られる。角度信号受信部１７０はこの信号を受けると、その瞬間に受信していた回転レーザ装置１５１からの角度信号を保持する。この保持された角度信号は回転レーザ装置１５１と受光センサ装置１５４との水平面上での相対角度Ψを表わす。
【００８５】
一方、受光状態判断部１６６は（数式１６）を使用して、記憶部１６５に記憶されているファンビーム１５２、１５３の傾き角α、β及び時間間隔ｔ1、ｔ2、ｔ3から受光センサ装置１５４の傾斜角εを計算し、（数式８）、（数式９）を使用して、ファンビームの射出点Ｃと受光部１５５とを結ぶ直線と、水平基準面とのなす角γ1、点Ｃと受光部１５６とを結ぶ直線と、水平基準面とのなす角γ2を計算する。受光状態判断部１６６は更に、（数式１４）、（数式１５）を使用して、記憶部１６５に記憶されている受光部１５５と受光部１５６との間隔Ｄ、時間間隔ｔ1、ｔ2、ｔ3、及び先に計算した傾斜角εから、水平基準面から受光部１５６までの鉛直距離ｄ1、水平基準面から受光部１５５までの鉛直距離ｄ2を計算する。最後に、（数式１０）又は（数式１１）を使用して、既に計算された角γ1、γ2及び鉛直距離ｄ1、ｄ2によって中心点Ｃから受光センサ装置１５４までの距離Ｌを計算する。
【００８６】
このようにして得られた計算結果Ψ、ｄ1、ｄ2、Ｌを表示部１５７に送って表示することによって、回転レーザ装置１５１と受光センサ装置１５４との三次元的な相対位置を測定することができる。
【００８７】
（１．４．１．２）単一の受光部を有する受光センサ装置による測定
受光部が１つだけの実施形態においては、所望の位置に受光センサ装置１５４を配置して１回目の測定を行い、次に、受光センサ装置１５４を標尺１５９上で距離Ｄだけ摺動させて２回目の測定を行う。
図１４に示すように、受光センサ装置１５４の筐体１６４は固定ノブ１５８により標尺１５９に摺動可能に取付けることができる。筐体１６４に刻印若しくは印刷されている指標１６３及び標尺１５９によって、標尺１５９と筐体１６４との位置関係を知ることができる。受光センサ装置１５４の筐体１６４内に標尺目盛読取部１６７を設けることによって、標尺１５９と受光センサ装置１５４の位置関係を受光状態判断部１６６に取り込むことができる。
【００８８】
１回目の測定と２回目の測定の間の移動距離Ｄは標尺目盛読取部１６７によって読み取られ、受光状態判断部１６６に送られる。１回目、２回目の受光データ及び、測定された距離Ｄを基に、同じ計算手順によって受光センサ装置１５４の位置を算出することができる。
【００８９】
（１．４．１．３）３つ以上の受光部を有する受光センサ装置による測定
受光部が３つ以上の実施形態においては、３つ以上の受光部で同時にファンビームを受光する。次に、受光したデータの中から、ファンビームの時間間隔が十分に大きく、信号に干渉が起っていない任意の２組の受光データを選択する。２組の受光データを選択した後の計算は図２７に示した計算手順と全く同じである。ただし、受光部の間隔Ｄには、選択した２つの受光部の間の間隔を使用して計算する。
【００９０】
回転レーザ装置を、異なる偏光の２つのレーザビームを射出する回転レーザ装置１５１ａとし、受光センサ装置を異なる偏光のファンビームを識別する受光センサ装置１５４ａとすることによって、レーザービームの検出時間間隔が短い場合であっても精度の良い測定をすることができる。この場合においても、上記の測定手順と同一の測定手順で測定を行うことができる。
【００９１】
（１．４．２）他の測定手順
位置測定装置の別の実施形態を図２８によって説明する。位置測定装置の使用者は、形成したい所望の基準平面又は基準円錐面を入力キー１６２によって入力する。入力された基準面のデータを基に、所望の基準面上の三次元座標を受光状態判断部１６６で計算し、記憶部１６５に記憶する。次に、回転レーザ装置１５１を作動させ、ファンレーザビーム１５２、１５３を受光センサ装置１５４で受光する。受光センサ装置１５４の受光状態判断部１６６は受光したファンビームの時間間隔に基づいて上記の手順によって受光センサ装置１５４の三次元位置座標Ψ、ｄ1、ｄ2、Ｌを計算する。これらの計算結果は比較部に送られ、先に計算して記憶部１６５に記憶させておいた所望の基準面の座標と比較される。それらの座標が一致したならば警告部１６１、例えばブザーに信号を送り、その旨を指示する。使用者はこのようにして、受光センサ装置１５４が所望の基準面内にあるか否かを認識することができる。さらに、所望の基準面と受光センサ装置１５４の現在位置との差を表示部に表示するようにしておけば、容易に設定面を探し当てることができる。このようにして、回転レーザ装置を中心とした任意勾配の円錐基準面及び任意勾配の基準面、任意の高さの水平面を形成することができる。
【００９２】
ここで説明した測定手順は、２つの異なる偏光を有するファンビームを受光する受光センサ装置１５４ａ、及び３つ以上の受光部を有する受光センサ装置においても全く同じ手順で実施することができる。
【００９３】
（１．５）本発明による位置測定装置の他の利点
又、従来の回転レーザ装置では、レーザが照射されている設定した水平面、又は任意の傾斜平面内に受光器が配置されているか否かだけを判別していたので、１つのレーザ発光装置について、一度に２つ以上の平面を形成することはできなかった。これに対して、本発明による回転レーザ装置では、２つのファンビームレーザに対する高さを検出することができるため、受光センサ装置１５４を複数使用すれば、１回転中に複数の位置で任意の高さ設定が可能である。従って、１台の回転レーザ装置による複数位置での土木、建設作業が可能になり、複数の建設機械によってそれぞれ異なる整地作業を同時に行わせることができる。又同一の回転レーザ装置による各建設機械毎のレベル設定であるため、建設機械の誤動作がないという優れた効果を発揮する。
【００９４】
（２）第２の実施形態
以下の説明は、主に本発明の第２の実施形態が本発明の第１の実施形態と異なる点について述べる。従って、以下に記載がない箇所は、前述した第１の実施形態についての説明をここに準用する。
【００９５】
（２．１）位置測定装置の全体構成
本発明の第２の実施形態による位置測定装置の概略を説明する。図２９に示すように、第２の実施形態による位置測定装置２００は回転レーザ装置２５１と受光センサ装置２５４とを含む。回転レーザ装置２５１はファンビーム２５２及び２５３を射出しながら点Ｃを中心に回転し、受光センサ装置２５４はファンビーム２５２、２５３を受光する。ファンビームを射出する角度等はすべて第１の実施形態と同一である。
【００９６】
（２．２）波長の異なる２つのファンビームレーザ光を射出する回転レーザ装置第２の実施形態による回転レーザ装置２５１を図３０に示す。本発明の第２の実施形態においては、レーザ投光器２０３及びその回転部２０５以外の構成は第１の実施形態と同一である。第１の実施形態に対応するその他の図３０に示す構成要素は、全て参照番号の百の位を２に換えて図示されている。
【００９７】
本発明の第１の実施形態では異なる偏光を有する２つのファンビームを使用したが、本発明の第２の実施形態では異なる波長を有する２つのファンビームを使用する。
第２の実施形態では、回転レーザ装置２５１より射出される２つのファンビーム２５２、２５３を異なる波長にして、２つのファンビームを区別できるように構成する。このような構成によっても、２つのファンビームに異なる偏光を与えたのと同様の効果が得られる。
【００９８】
第２の実施形態による回転レーザ装置２５１のレーザ投光器２０３及び回転部２０５を図３１に示す。図３１に示すように、レーザ投光器２０３には、２つのレーザ光線投光器２３２、２４３が内蔵されており、それらは各々異なる波長の光を射出する。レーザ光線投光器２３２及び２４３にレーザダイオードを使用した場合、各レーザ光は直線偏光になる。なお、図３１では、レーザ光線投光器２３２が発したレーザ光の偏光方向を破線で指示し、レーザ光線投光器２４３の発したレーザ光の偏光方向を一点鎖線で指示している。各レーザ光は偏光ビームスプリッター２４２に入射される。偏光ビームスプリッター２４２はレーザ光線投光器２３２から射出されたＸ方向に偏光されたレーザ光を透過し、レーザ光線投光器２４３より射出されたＸ方向と直交するＹ方向に偏光されたレーザ光を反射するように構成される。偏光ビームスプリッター２４２を透過し、又は反射した各レーザ光は、共通のコリメートレンズ２３３によって平行光に形成され１／４波長板２４０に入射する。１／４波長板２４０は、レーザ投光器２０３から射出されるレーザ光がそれぞれ回転方向が異なる円偏光になるような方向に配置される。１／４波長板２４０を透過した各レーザ光は再び、回転部２０５に設けられた１／４波長板２３９に入射し、直線偏光になる。
【００９９】
回転部２０５は回転自在に保持されているが、射出されたレーザ光が円偏光であるので回転の影響を受けることはなく、再度１／４波長板２３９を透過して直線偏光になった時の偏光方向は、前記１／４波長板２３９により決定される。１／４波長板２３９を透過した各レーザ光は偏光ビームスプリッター２４１に入射する。偏光ビームスプリッター２４１は、レーザ光線投光器２３２から射出されたレーザ光を反射し、レーザ光線投光器２４３から射出されたレーザ光を透過するように構成される。
【０１００】
反射したレーザ光は、再度１／４波長板２３８に入射して円偏光となり、次にシリンダーミラー２３６により反射される。シリンダーミラー２３６は、レーザ光が回転部２０５より射出された際に水平面に対してαの角度になるように配置される。シリンダーミラー２３６から反射されたレーザ光は、再度１／４波長板２３８を透過して入射レーザ光に対し偏光方向が９０°回転する。それにより、１／４波長板２３８を透過したレーザ光は、今度は、偏光ビームスプリッター２４１を透過することができ、回転部２０５より射出される。
【０１０１】
一方、偏光ビームスプリッター２４１を透過したレーザ光は、同様に再度１／４波長板２３７に入射して円偏光となり、次にシリンダーミラー２３５により反射される。シリンダーミラー２３５は、レーザ光が回転部２０５より射出した際に水平面に対しβの角度になるような方向に配置される。シリンダーミラー２３５によって反射されたレーザ光は、再度１／４波長板２３７を透過して入射レーザ光に対し偏光方向が９０°回転する。それにより、１／４波長板２３７を透過したレーザ光は、今度は、偏光ビームスプリッター２４１によって反射され回転部２０５より射出される。
なお、偏光ビームスプリッター２４２には、ダイクロックミラーを使用することもできる。
【０１０２】
（２．３）受光センサ装置
本発明の第２の実施形態による受光センサ装置２５４の正面図を図３２（ａ）に、そのＡ−Ａ断面図を（ｂ）に示す。波長の異なる光を識別する受光部以外の構成は本発明の第１の実施形態と同一である。本発明の第２の実施形態において、本発明の第１の実施形態に対応するその他の図３２に示す構成要素は、全て参照番号の百の位を２に換えて図示されている。
図３２に示すように、第２の実施形態による受光センサ装置２５４は、受光部２５５、２５６に入射したファンビーム２５２、２５３の波長を判別し、区別できるように構成される。受光部２５５、２５６は、入射レーザ光の波長に応じてレーザ光を透過し、又は反射するダイクロックミラー２６８、２６９を有する。ダイクロックミラー２６８、２６９を透過する光に対して受光部２５５ｃ、２５６ｃを設け、反射する光に対して受光部２５５ｂ、２５６ｂを設けて、入射レーザ光の波長を判別できるように構成する。
（２．４）第２の実施形態による位置測定装置の作動
本発明の第２の実施形態による位置測定装置２００に対しても、本発明の第１の実施形態において説明した測定手順をそのまま適用することができる。
【０１０３】
（３）第３の実施形態
以下の説明は、主に本発明の第３の実施形態が本発明の第１の実施形態と異なる点について述べる。従って、以下に記載がない箇所は、前述した第１の実施形態についての説明をここに準用する。
（３．１）位置測定装置の全体構成
本発明の第３の実施形態による位置測定装置の概略を説明する。図３３に示すように、第３の実施形態による位置測定装置３００は回転レーザ装置３５１と受光センサ装置３５４とを含む。回転レーザ装置３５１はファンビーム３５２及び３５３を射出ながら点Ｃを中心に回転し、受光センサ装置３５４はファンビーム３５２、３５３を受光する。ファンビームを射出する角度等はすべて第１の実施形態と同一である。
【０１０４】
（３．２）異なる周波数で変調した２つのファンビームレーザ光を射出する回転レーザ装置
本発明の第３の実施形態による回転レーザ装置３５１を図３４に示す。レーザ投光器３０３及び回転部３０５以外の構成は第１の実施形態と同一である。本発明の第３の実施形態において、本発明の第１の実施形態に対応するその他の図３４に示す構成要素は、全て参照番号の百の位を３に換えて図示されている。
本発明の第１の実施形態では異なる偏光を有する２つのファンビームを使用したが、本発明の第３の実施形態では異なる周波数で変調した２つのファンビームを使用する。
【０１０５】
第３の実施形態では、回転レーザ装置３５１より射出される２つのファンビーム３５２、３５３に異なる周波数による変調を与え、２つのファンビームを区別できるように構成する。このような構成によっても、２つのファンビームに異なる偏光を与えたのと同様の効果が得られる。
【０１０６】
第３の実施形態による回転レーザ装置３５１のレーザ投光器３０３及び回転部３０５を図３５に示す。図３５に示すように、レーザ投光器３０３には、２つのレーザ光線投光器３３２、３４３が内蔵されており、それらは各々異なる周波数で変調された光を射出する。レーザ光線投光器３３２及び３４３にレーザダイオードを使用した場合、各レーザ光は直線偏光になる。なお、図３５では、レーザ光線投光器３３２が発したレーザ光の偏光方向を破線で指示し、レーザ光線投光器３４３の発したレーザ光の偏光方向を一点鎖線で指示している。レーザ光線投光器３３２、３４３が発生したレーザ光を射出するための光学系は第２実施形態と同様である。
【０１０７】
（３．３）受光センサ装置
本発明の第３の実施形態による受光センサ装置３５４の正面図を図３６（ａ）に、そのＡ−Ａ断面図を（ｂ）に示す。なお、異なる周波数により変調された光を識別する受光部以外の構成は第１の実施形態と同一である。本発明の第３の実施形態において、本発明の第１の実施形態に対応するその他の図３６の構成要素は、全て参照番号の百の位を３に換えて図示されている。
図３６に示すように、本発明の第３の実施形態による受光センサ装置３５４は、受光部３５５、３５６に入射したファンビーム３５２、３５３の変調周波数を受光状態判断部３６６で判別し、区別できるように構成される。受光部３５５、３５６は、入射レーザ光の変調周波数に応じてレーザ光を透過し、又は反射するビームスプリッター３６８、３６９を有する。ビームスプリッター３６８、３６９を透過した光に対して受光部３５５ｃ、３５６ｃを設け、反射した光に対して受光部３５５ｂ、３５６ｂを設けて、入射レーザ光の変調周波数を判別できるように構成する。
【０１０８】
（３．４）第３の実施形態による位置測定装置の作動
本発明の第３の実施形態による位置測定装置３００に対しても、以下に説明する事項以外は、本発明の第１の実施形態において説明した測定手順をそのまま適用することができる。
（３．４．１）ファンビームの変調態様とその検出
２つのファンビーム３５２、３５３に与える変調について説明する。各ファンビームには、図３７に示すように、異なる周期で点滅を繰り返すように変調を加えることができる。図３８は、受光部で検出されるファンビーム３５２、３５３の一例を示したものである。各ファンビームの点滅周期には、各ファンビームを互いに区別できるように、十分な差を設けておく。また、点滅周期は、ファンビーム３５２、３５３が受光センサ装置３５４の受光部３５５、３５６を横切るのに要する時間ｔaよりも十分に短くなるように設定する。受光部で検出されたファンビーム３５２、３５３の検出信号を、図３８に破線で示したような周期の長い波として処理することにより、２つのファンビーム３５２、３５３の受光時間間隔ｔ0を得ることができる。
【０１０９】
受光センサ装置には変調周波数判別回路を設けておき、ファンビーム３５２とファンビーム３５３とを区別して検出する。変調周波数判別回路では、所定の時間内に検出されるレーザビームのパルス数をカウントすることによって変調周波数を測定し、それにより２つのファンビームを区別する。２つのファンビーム３５２、３５３を区別して検出することができれば、受光センサ装置の受光部が１つだけの場合においても、受光センサ装置が水平基準面の上にあるのか、下にあるのかを一回の測定で判別することができる。
別の変調の与え方として、図３９に示すように、ファンビーム３５２、３５３が交互に発光するように変調をかけても良い。このように変調をかけた場合には、図４０に示すように受光時間間隔が短い場合でも、２つのファンビームを判別することができ、受光時間間隔ｔ0を正確に検出することができる。
【０１１０】
更に別の変調の与え方として、図３７の変調と図３９の変調の特徴を併せ持つ変調を与えても良い。即ち、図４１に示すように、ファンビーム３５２、３５３が交互に発光するように変調をかけ、さらに各ファンビームが点灯している周期の間に更に細かい周期で点滅を繰り返すように変調をかける。交互に点灯する周期の間に点滅を繰り返す細かい周期は、ファンビーム３５２と、ファンビーム３５３で異なる周期を持つように点滅周期を設定する。このような変調を与えると２つのファンビーム３５２、３５３を区別することができ、受光センサ装置が水平基準面の上にあるのか、下にあるのかを判別することができる。同時に、ファンビームの受光間隔が短い場合にも受光時間間隔ｔ0を正確に検出することができる。
【０１１１】
（４）他の実施形態
（４．１）ファンビームの別の構成態様
以上の実施形態は全て、２つのファンビームを射出する回転レーザ装置について説明したが、３つ以上のファンビームレーザを同時に発生する回転レーザ装置を使用して位置測定装置を構成することもできる。その場合には、ファンビームの中から適当な２つのファンビームレーザ光を選択して、上記の実施形態と全く同様に測定を行うことができる。
【０１１２】
図４２は、ファンビームの射出パターンの例である。図４２（ａ）乃至（ｊ）は受光センサ装置の方向から見たファンビームの断面であり、一点鎖線は水平基準面を表す。上記の実施形態では図４２（ａ）は図１及び図２に示したファンビームの射出パターンであり、図４２（ｂ）は図１７に示した射出パターンである。図４２（ｃ）乃至（ｊ）は３つ以上のファンビームを射出する射出パターンの例である。各ファンビームは、ファンビームと水平基準面を表す一点鎖線との交点が等間隔になるように配置するのが良い。図４２（ａ）及び図４２（ｃ）乃至（ｊ）の射出パターンにおいては、受光センサ装置が水平面上にある場合にもファンビームが重ならないため、各ファンビームに異なる偏光等を与えなくても正確に受光時間間隔を計測することができる。
【０１１３】
また、図４２（ｃ）乃至（ｇ）及び図４２（ｉ）（ｊ）の射出パターンの場合には、３つのファンビームが順に検出されることによって生じる２つの時間間隔が水平面上において等しくなるため、水平基準面を容易に求めることができる。また、前記したようにファンビームの中から適当な２つのファンビームレーザ光を選択して、前記の実施形態と全く同様に測定を行うこともできるが、前記２つの時間間隔の比に対応する前記受光センサの水平面となす角度の組み合わせが１つであることから、２つの時間間隔の比により、直接時間比に対応する受光センサの水平面となす角度を求めることができる。２つのファンビームレーザ光だけでは、前記受光センサの水平面となす角度を求めるのに、必ず回転レーザ装置の回転周期Ｔが必要であったが、３つ以上のファンビームの場合には必要ない。これは、前記実施例が、回転レーザ装置の回転むら誤差に影響されず精度が良い測定が可能であることを示す。
【０１１４】
更に、図４２（ｈ）の射出パターンの場合には、４つのファンビームによって３つの受光時間間隔が形成されるため、それらを平均化することにより計測精度を向上させることができる。図４２（ｉ）（ｊ）の射出パターンにおいては、水平面付近とそれ以外の部分で感度が変化する。即ち、水平面付近においては、受光センサ装置が水平面から少し外れると受光時間間隔が大きく変化するが、水平面から離れた所では、受光センサ装置を鉛直方向に移動させても受光時間間隔はあまり変化しない。これにより、受光時間間隔によって水平基準面を精度良く検出することが可能になる。なお、本明細書においては、図４２（ｉ）（ｊ）の中央のレーザビームのような曲面又は折れ面状に広がるレーザビームもファンビームと呼ぶ。また、ファンビームレーザ光の傾斜角度は、曲面又は折れ面のファンビームにおいては面上の任意の点における接線の傾斜角度を言うものとする。
【０１１５】
受光したファンビームを基に水平基準面からの高さを求める計算は、図４２（ｃ）乃至（ｈ）の射出パターンについては、任意の２つのファンビームに対して前記実施形態の計算手順を繰り返し適用することによって同様に行うことができる。図４２（ｉ）（ｊ）の射出パターンについては計算手順を適宜変更して水平基準面からの高さを計算する。
【０１１６】
上記の射出パターンは全て、図６に示すように、ファンビームを射出する光学系の途中に適当な回折格子を配置することによって実現することができる。更に、回折格子を使用せずに上記の射出パターンを形成することもできる。図４３は図４２（ｃ）のファンビームを形成する回転レーザ装置のレーザ投光器４０３及び回転部４０５の一実施形態である。図４３は、第１の実施形態に対応する構成要素は全て百の位を４に換えて図示されている。レーザ光線はレーザ光線投光器４３２から射出され、コリメートレンズ４３３、１／４波長板４４０、４３９を通って偏光ビームスプリッター４４１に入射する。偏光ビームスプリッター４４１に入射したレーザ光の一部は透過し、１／４波長板４３７を通ってシリンダーミラー４３５によって反射され、再び１／４波長板４３７を通って、偏光ビームスプリッター４４１に入射する。入射したレーザ光は、今度はビームスプリッター４４１によって反射され、水平基準面に対してβ度傾斜したファンビーム４５３として射出される。
【０１１７】
一方、１／４波長板４３９を出て偏光ビームスプリッター４４１に入射したレーザ光の一部は、ビームスプリッター４４１によって反射され、１／４波長板４３８に入射する。１／４波長板４３８に入射したレーザ光はそれを通過し、偏角プリズム４６０を通ってシリンダーミラー４３６によって反射される。該シリンダーミラー４３６は鉛直方向に広がるファンビームを射出するような方向に配置される。シリンダーミラー４３６によって反射されたレーザ光は再び偏角プリズムに入射して、鉛直方向に広がる２つのファンビームに形成される。これらのファンビームは、更に１／４波長板４３８及びビームスプリッター４４１を通ってファンビーム４５２ａ、４５２ｂとして射出される。
【０１１８】
次に、図４４を参照して、図４２（ｃ）の形状のファンビームを形成するための回転レーザ装置のレーザ投光器及び回転部の別の実施形態を説明する。本実施形態のレーザ投光器５０３は、レーザ光線投光器５３２と、コリメートレンズ５３３とを有する。また、本実施形態の回転部５０５は、３つの等倍ビームエキスパンダ５６２ａ、５６２ｂ、５６２ｃと、３つのシリンドリカルレンズ５６４ａ、５６４ｂ、５６４ｃと、３つのミラー５６６ａ、５６６ｂ、５６６ｃと、を有する。
【０１１９】
レーザ光線投光器５３２から射出されたレーザ光は、コリメートレンズ５３３によって平行光にされる。コリメートレンズ５３３を透過したレーザ光は、回転部５０５の３つの等倍ビームエキスパンダ５６２ａ、５６２ｂ、５６２ｃに入射する。各等倍ビームエキスパンダ５６２に入射した各レーザ光は、各々所定の偏角を与えられる。等倍ビームエキスパンダ５６２ａ、５６２ｂ、５６２ｃを透過したレーザ光は、夫々、シリンドリカルレンズ５６４ａ、５６４ｂ、５６４ｃによってファンビーム５５３、５５２ｂ、５５２ａに形成される。各シリンドリカルレンズ５６４ａ、５６４ｂ、５６４ｃによってファンビームに形成されたレーザ光は、夫々、ミラー５６６ａ、５６６ｂ、５６６ｃによって反射され、回転レーザ装置の回転軸と直交する方向に射出される。
【０１２０】
この際、レーザ光は、等倍ビームエキスパンダ５６２を透過し、ミラー５６６によって１回反射されるので、レーザ光が偏向される角度は、回転部５０５の透過偏角のみに依存する。従って、ファンビーム５５３、５５２ｂ、５５２ａの射出方向は、レーザ投光器５０３と回転部５０５との間のガタによる影響を受けることがない。適用によっては、レーザ投光器５０３から射出され、各等倍ビームエキスパンダ５６２に入射するレーザ光以外の光を遮断するために、等倍ビームエキスパンダ５６２の下方に遮光用のマスク（図示せず）を取付けても良い。或いは、レーザ光線投光器５３２から射出され、コリメートレンズ５３３に入射するレーザ光以外の光を遮断するために、レーザ光線投光器５３２とコリメートレンズ５３３との間に遮光用のマスク（図示せず）を取付けても良い。
【０１２１】
次に、図４５及び図４６を参照して、図４２（ｃ）の形状のファンビームを形成するための回転レーザ装置のレーザ投光器及び回転部の更に別の実施形態を説明する。本実施形態のレーザ投光器６０３は、レーザ光線投光器６３２と、コリメートレンズ６３３とを有する。また、本実施形態の回転部６０５は、３つの穴６７２ａ、６７２ｂ、６７２ｃを有する遮光用のマスク６７２と、マスク６７２を通過したレーザ光を偏向させるためのペンタプリズム６７４と、ペンタプリズム６７４に取付けられ、ファンビームを形成するためのシリンドリカルレンズ６７５、６７６と、ペンタプリズム６７４に取付けられ、ペンタプリズム６７４から射出されたレーザ光を更に水平方向に偏向させるためのウエッジプリズム６７８と、を有する。
【０１２２】
レーザ光線投光器６３２から射出されたレーザ光は、コリメートレンズ６３３によって平行光にされる。コリメートレンズ６３３を透過したレーザ光は、回転部６０５の遮光用のマスク６７２に入射する。マスク６７２に設けられた穴６７２ａを通過したレーザ光は、ペンタプリズム６７４に直接入射し、偏向される。図４６に示すように、穴６７２ａを通過し、ペンタプリズム６７４の底面に直接入射したレーザ光は、９０゜偏向され、ペンタプリズム６７４の鉛直面から射出する。このレーザ光は、ペンタプリズム６７４の鉛直面に取付けられたシリンドリカルレンズ６７６に入射し、水平面に対して所定の角度傾斜したファンビーム６５３に形成される。一方、マスク６７２に設けられた穴６７２ｂ、６７２ｃを通過したレーザ光は、ペンタプリズム６７４の底面に取付けられたシリンドリカルレンズ６７５に夫々入射してファンビームに形成され、ペンタプリズム６７４によって９０゜偏向される。これらのレーザ光は、ペンタプリズム６７４の鉛直面のシリンドリカルレンズ６７６の下方に取付けられたウエッジプリズム６７８に入射して水平方向に偏向され、ファンビーム６５２ａ、６５２ｂとして射出される。
【０１２３】
この際、レーザ光は、ペンタプリズム６７４の中で夫々２回ずつ反射されるので、レーザ光が偏向される角度は、ペンタプリズム６７４の透過偏角のみに依存する。従って、ファンビーム６５３、６５２ｂ、６５２ａの射出方向は、レーザ投光器６０３と回転部６０５との間のガタによる影響を受けることがない。適用によっては、レーザ光線投光器６３２から射出され、コリメートレンズ６３３に入射するレーザ光以外の光を遮断するために、レーザ光線投光器６３２とコリメートレンズ６３３との間に遮光用のマスク（図示せず）を取付けても良い。
【０１２４】
（４．２）位置測定装置の他の構成
以上に、様々な実施形態の回転レーザ装置及び受光センサ装置を説明した。即ち、２つのファンビームが水平基準面上で交差する回転レーザ装置、水平面以外で交差する回転レーザ装置、３つ以上のファンビームを射出する回転レーザ装置、２つのファンビームに異なる偏光を持たせた回転レーザ装置、異なる周波数による変調若しくは異なる波長を持たせた回転レーザ装置、さらに、単一の受光部を有する受光センサ装置、２つ以上の受光部が鉛直方向若しくは水平方向並べられた受光センサ装置、異なる偏光のファンビームを識別することができる受光センサ装置、異なる周波数による変調若しくは異なる波長のファンビームを識別することができる受光センサ装置等である。当業者には明らかなように、本発明の示唆の範囲内で上記の実施形態を適宜組合せて位置測定装置を構成することができる。
【０１２５】
また、本発明による回転レーザ装置は、本発明による位置測定装置に含まれる受光センサ装置との組み合わせばかりでなく、単独で、或いは、従来技術の受光センサ装置と組み合わせる等して使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の位置測定装置の概略形態を示す斜視図である。
【図２】本発明による回転レーザ装置が射出するファンビームの広がりを示す三面図である。
【図３】本発明による回転レーザ装置の断面図である。
【図４】本発明による回転レーザ装置の他の実施形態である。
【図５】本発明による回転レーザ装置の更に別の実施形態である。
【図６】本発明の回転レーザ装置において、回折格子を通過したレーザビームがファンビームに形成される様子を表わす図である。
【図７】２つの異なる偏光を有するファンビームを使用する場合の本発明の位置測定装置の概略を示す斜視図である。
【図８】２つの異なる偏光を有するファンビームを使用する場合の本発明による回転レーザ装置の断面図である。
【図９】本発明による回転レーザ装置のレーザ投光器及び回転部の分解図である。
【図１０】異なる波長のレーザ光を用いた角度信号投光器を有する本発明の回転レーザ装置の実施形態である。
【図１１】２つのファンビームを発生させる本発明の回転レーザ装置の他の実施形態である。
【図１２】２つのファンビームを発生させる本発明の回転レーザ装置の更に別の実施形態である。
【図１３】本発明の回転レーザ装置の２つのファンビームを発生させるシリンダーレンズの実施形態である。
【図１４】本発明の位置測定装置に含まれる受光センサ装置の正面図である。
【図１５】本発明の位置測定装置に含まれる受光センサ装置の断面を表わす模式図である。
【図１６】本発明の位置測定装置に含まれる受光センサ装置が検出する信号のグラフである。
【図１７】本発明の回転レーザ装置の２つのファンビームが水平面内で交わる実施形態の斜視図である。
【図１８】本発明の位置測定装置に含まれる２つの受光部と２つのファンビームとの位置関係を表わす図である。
【図１９】図１８の位置関係の場合に検出される信号のグラフである。
【図２０】本発明の位置測定装置に含まれる受光センサ装置が傾斜した場合の２つの受光部と２つのファンビームとの位置関係を表わす図である。
【図２１】本発明の位置測定装置に含まれる２つの受光部が水平方向に配置された場合の２つの受光部と２つのファンビームとの位置関係を表わす図である。
【図２２】図２１の位置関係の場合に検出される信号のグラフである。
【図２３】本発明の回転レーザ装置の２つのファンビームの受光間隔が短い場合に受光部で検出される信号のグラフである。
【図２４】本発明の位置測定装置に含まれる２つの異なる偏光のファンビームレーザを受光するための受光センサ装置の構成を示す図である。
【図２５】角度位置送信用レーザ光の送信信号の一例を示す図である。
【図２６】全方向受光可能な本発明の位置測定装置に含まれる受光センサ装置の実施形態である。
【図２７】本発明の位置の測定手順を示すブロック図である。
【図２８】本発明の他の位置の測定手順を示すブロック図である。
【図２９】本発明の位置測定装置の第２の実施形態の概略を示す斜視図である。
【図３０】本発明の第２の実施形態の回転レーザ装置の断面図である。
【図３１】本発明の第２の実施形態の２つの波長のレーザ光線を使用する回転レーザ装置の分解図である。
【図３２】第２の実施形態による回転レーザ装置を用いた場合に使用する受光器の受光部の構成を示す図である。
【図３３】本発明の位置測定装置の第３の実施形態の概略を示す斜視図である。
【図３４】本発明の第３の実施形態の回転レーザ装置の断面図である。
【図３５】本発明の第３の実施形態の２つの異なる周波数で変調されたレーザ光線を使用する回転レーザ装置の分解図である。
【図３６】本発明の第３の実施形態による回転レーザ装置を用いた場合に使用する受光器の受光部の構成を示す図である。
【図３７】変調周波数の異なる２つのレーザ光の一例を示す図である。
【図３８】受光部で検出された変調周波数の異なる２つのファンビームの一例を示す図である。
【図３９】交互に発光するように変調された２つのレーザ光の一例を示す図である。
【図４０】交互に発光するように変調された２つのレーザ光が、受光部で受光された際の信号の一例を示す図である。
【図４１】交互に発光するように変調され、かつ変調周波数の異なる２つのレーザ光の一例を示す図である。
【図４２】ファンビームレーザの射出パターンの例を示す図である。
【図４３】３つのファンビームレーザ光を射出する投光器及び回転部を示す分解斜視図である。
【図４４】３つのファンビームレーザ光を射出する投光器及び回転部の別の実施形態を示す分解斜視図である。
【図４５】３つのファンビームレーザ光を射出する投光器及び回転部のまた別の実施形態を示す分解斜視図である。
【図４６】ペンタプリズム内の光路を示す側面図である。
【図４７】従来の回転レーザ装置の概略図である。
【符号の説明】
１００:位置測定装置
１０１:ケーシング
１０２:凹部
１０３:レーザ投光器
１０４:球面座
１０５:回転部
１０６:走査モータ
１０７:駆動ギア
１０８:走査ギア
１０９:ペンタプリズム
１１０:傾斜機構
１１１:傾斜用モータ
１１２:傾斜用スクリュー
１１３: 傾斜ナット
１１４、１１５:駆動ギア
１１６:傾斜用アーム
１１７:エンコーダ
１１８、１１９:固定傾斜センサ
１２０:フランジ
１２１:ピポットピン
１２２:傾斜基板
１２３:角度信号送信機
１２５:傾斜設定機構
１２６:傾斜角設定モータ
１２７:傾斜設定スクリュー
１２８:ナットブロック
１２９、１３０:角度設定傾斜センサ
１３１:投光窓
１３２:レーザ光線投光器
１３３:コリメートレンズ
１３４:回折格子
１３５、１３６:シリンダーミラー
１３７、１３８、１３９、１４０: １／４波長板
１４１、１４２:偏光ビームスプッリッター
１４３:レーザ光線投光器
１４４:シリンダーレンズロッド
１４４a、１４４b:シリンダーレンズ
１４５a、１４５b:シリンダーレンズ
１４６:ハーフミラー
１４７:シリンダーハーフミラー
１４８:ミラー
１４９:ダイクロックミラー
１５１:回転レーザ装置
１５２、１５３:ファンビーム
１５４:受光センサ装置
１５５:受光部
１５５a、 １５５b:受光部
１５６:受光部
１５６a、１５６b:受光部
１５７:表示部
１５８:固定ノブ
１５９:標尺
１６０:目盛
１６１:ブザー
１６２:入力キー
１６３:指標
１６４:筐体
１６５:記憶部
１６６: 受光状態判断部
１６７:標尺目盛読取部
１６８、１６９:偏光ビームスプッリッター
１７０:角度信号受信部
１７１:ダイクロックプリズム
１７２:角度信号投光器
１７３:受光素子
１７４:受光素子制御部
１７５:ファイバーシート
１７６:シリンドリカルフレネルレンズ
１７７:受光センサ制御部
１７８:外部通信部
１７９:外部コンピュータ
２００:位置測定装置
２５１:回転レーザ装置
２５４:受光センサ装置
３００:位置測定装置
３５１:回転レーザ装置
３５４:受光センサ装置
【図１】
0003816807.tif 000025
【図２】
0003816807.tif 000026
【図３】
0003816807.tif 000027
【図４】
0003816807.tif 000028
【図５】
0003816807.tif 000029
【図６】
0003816807.tif 000030
【図７】
0003816807.tif 000031
【図８】
0003816807.tif 000032
【図９】
0003816807.tif 000033
【図１０】
0003816807.tif 000034
【図１１】
0003816807.tif 000035
【図１２】
0003816807.tif 000036
【図１３】
0003816807.tif 000037
【図１４】
0003816807.tif 000038
【図１５】
0003816807.tif 000039
【図１６】
0003816807.tif 000040
【図１７】
0003816807.tif 000041
【図１８】
0003816807.tif 000042
【図１９】
0003816807.tif 000043
【図２０】
0003816807.tif 000044
【図２１】
0003816807.tif 000045
【図２２】
0003816807.tif 000046
【図２３】
0003816807.tif 000047
【図２４】
0003816807.tif 000048
【図２５】
0003816807.tif 000049
【図２６】
0003816807.tif 000050
【図２７】
0003816807.tif 000051
【図２８】
0003816807.tif 000052
【図２９】
0003816807.tif 000053
【図３０】
0003816807.tif 000054
【図３１】
0003816807.tif 000055
【図３２】
0003816807.tif 000056
【図３３】
0003816807.tif 000057
【図３４】
0003816807.tif 000058
【図３５】
0003816807.tif 000059
【図３６】
0003816807.tif 000060
【図３７】
0003816807.tif 000061
【図３８】
0003816807.tif 000062
【図３９】
0003816807.tif 000063
【図４０】
0003816807.tif 000064
【図４１】
0003816807.tif 000065
【図４２】
0003816807.tif 000066
【図４３】
0003816807.tif 000067
【図４４】
0003816807.tif 000068
【図４５】
0003816807.tif 000069
【図４６】
0003816807.tif 000070
【図４７】
0003816807.tif 000071