(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一の直線と直角な平面に平行な第１平行光線束と第２平行光線束とを射出し、
前記第１平行光線束と前記第２平行光線束とを前記一の直線を回転軸線として回転させて基準平面を設定する基準平面設定装置であって、
一次平行光線束を発生する発光手段と、
前記一次平行光線束を前記第１平行光線束と前記第２平行光線束に分割するビーム分割手段と、
前記発光手段と前記ビーム分割手段とを前記回転軸線を中心に同期回転させる回転手段とを備えたものにおいて、
前記発光手段と前記ビーム分割手段とを前記回転軸線上に配置すると共に、
前記一次平行光線束は直線偏光光であり、
前記ビーム分割手段は、偏光ビームスプリット面と、1/4波長板と、反射ミラーとを有しており、
前記ビームスプリット面の主軸は前記一次平行光線束の偏光面に対して４５°を成し、前記ビームスプリット面に前記一次平行光線束が４５°の角度で入射するように配置され、
前記1/4波長板の主軸は、前記ビームスプリット面を透過した直線偏光光の偏光面に対して４５°を成すように配置され、
前記反射ミラーは、前記1/4波長板を透過した光を反射して該1/4波長板に戻すように配置されたことを特徴とする基準平面設定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、測量作業に用いられる測量機器にかかり、特に、２本の平行光線束で基準平面を設定する基準平面設定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来は、水準儀とポールとを用いていた水準測量も、近年は基準平面設定装置が使用されるようになってきた。
【０００３】
基準平面設定装置はレーザープレーナとも呼ばれるが、一般的には、測定範囲内の基準となる場所に基準平面設定装置本体を置き、鉛直に整準された回転軸線を中心としてレーザー光を回転させ、墨付け作業を行いたい壁や柱等の近くに立った作業者が、壁やポール等にできるレーザスポットを観察したり、受光器の測定値を読みとって、水準面の設定を行なうために使用される装置であり、水準儀とポールを使用する場合に比べると、測量作業従事者が一人で足りる点で優れている。
【０００４】
また、基準平面設定装置は、主に建築構造物内等で壁、柱等に水準面を設定することに用いられているが、近年では、前記水準面に垂直な上下の２方向に２本の垂直レーザー光を射出して、床から天井までに亘って鉛直線を設定できる基準平面設定装置も用いられるようになってきた。
【０００５】
このような従来技術の基準平面設定装置の構造を、図３を用いて簡単に説明すると、従来技術の基準平面設定装置２００は、ケーシング２０１を備えている。該ケーシング２０１は、円筒２０３を備えており、該円筒２０３は、レーザダイオード２０５と、第１ハーフプリズム２０６と、第２ハーフプリズム２０７と、第１ミラー２０８と、ハーフミラー２０９と、第２ミラー２１０とを備えている。
【０００６】
前記レーザダイオード２０５は、前記第１ハーフプリズムにレーザ光２２１を照射するように配置され、前記第１ハーフプリズム２０６と前記第２ハーフプリズム２０７と前記ハーフミラー２０９とは回転軸線２０２上に配置され、前記円筒２０３がモータ２０４によって回転軸線２０２の回りに回転すると、一緒に回転するように構成されている。
【０００７】
前記レーザ光２２１が前記第１ハーフプリズム２０６に照射されると、半分は反射され、レーザ光２２２となって、前記ハーフミラー２０９に照射される。
【０００８】
残りの半分は前記第１ハーフプリズム２０６を透過し、更に前記第２ハーフプリズム２０７を透過し、レーザ光２２３となって前記第１ミラー２０８に照射され、前記第１ミラー２０８で反射され、前記第２ハーフプリズム２０７に戻されて、該第２ハーフプリズム２０７と前記第１ハーフプリズム２０６との境界で、光量の１／２が前記回転軸線２０２の鉛直下方方向に反射され、垂直下方レーザー光２２７として前記ケーシング２０１の窓２１３から装置の外部に射出される。
【０００９】
一方、前記レーザ光２２２が前記ハーフミラー２０９に照射されると、更にその半分（レーザ光２２１の１／４光量）は透過して、垂直上方レーザー光２２５として前記ケーシング２０１の窓２２１から前記回転軸線２０２に沿って垂直上方方向に照射される。
【００１０】
残りの半分（同１／４光量）は前記ハーフミラー２０９で反射され、更に第２ミラー２１０で反射され、水平レーザー光２２６として、前記回転軸線２０２に垂直に窓２１１から照射される。
【００１１】
前記円筒２０３にはモーター２０４が取付けられているので、整準装置（図示せず）により前記回転軸線２０２を鉛直に整準し、前記回転軸線２０２を中心として前記円筒２０３を回転させると、前記ハーフプリズム２０９と前記第２ミラー２１０も前記回転軸線２０２を中心として回転し、従って、前記水平レーザー光２２６は一の水準面内で回転するので、これにより水準面を設定できる。
【００１２】
このとき、前記垂直上方レーザー光２２５が天井に当たってできるスポットと、前記垂直下方レーザー光２２７が床に当たってできるスポットとは、前記回転軸線２０２上に位置しており、前記円筒２０３が回転しても移動しないので、前記２つのスポットを結ぶと鉛直線を設定することができる。
【００１３】
しかしながら従来技術の基準平面設定装置２００では、前記レーザダイオード２０５が射出したレーザー光を２本に分割し、そのうちの一本を更に２本に分割して水平レーザー光と垂直上方レーザー光としている。従って、水平レーザー光は１本だけであり、以下のような種々の問題があった。
【００１４】
即ち、レーザー光の回転する角速度が一定であれば、測定対象物との距離に比例して、測定対象物上のレーザースポットの移動速度が速くなるので、遠距離になるにつれ、受光器の受光光量が減少し、視認性が悪化してしまう。
【００１５】
視認性については、観測者の資質による個人差や熟練度等の違いによる相違はあるが、７ｍｍφの径のレーザー光を１ｍＷの出力強度で照射した場合には、レーザスポットの移動速度は３０ｍ／秒が観察可能な限界速度であり、それ以上の速度になると測量作業を行うことは困難である、といわれている。
【００１６】
この移動速度を距離に換算してみると、例えばレーザー光が回転する角速度を３６０度／秒であるとすると、測定対象物と基準平面設定装置の距離が４．８ｍである場合に相当する。
【００１７】
従って、この距離以上の測定対象物については、レーザー光の出力強度、角速度、ビーム径のいずれかを調節して、視認性を確保する必要がある。
【００１８】
レーザー光の出力強度を調節して視認性を確保しようとする場合には、距離の大きさに応じて出力強度を上げなけらばならない。しかしながら安全基準上、レーザー光の単位面積あたりの出力強度には限界値が設定されており、視認性の向上にも一定の限界がある。特に、上述したような従来技術の基準平面設定装置では、前記レーザダイオード１０５から射出される水平レーザー光の光強度を１とした場合、垂直下方レーザー光の光強度が1/2であるのに、垂直上方レーザー光と水平レーザー光とは各々1/4となってしまい、遠方まで到達しなければならない水平レーザー光の光強度が弱く、また、水平レーザー光の光強度だけを強くすることは不可能である。
【００１９】
レーザー光の回転する角速度を調節してレーザスポットの移動速度を一定に保って視認性を向上させる場合には、距離の長さに比例して角速度を小さくしなければならない。しかしながら角速度を小さくすると、レーザスポットが観察できる周期が長くなってしまう。
【００２０】
一般には、測定精度や作業上の必要から、観測者は測定対象物上のレーザスポットを複数回観察確認して基準平面設定作業を行うため、周期が長くなると測定に要する時間が長くなり、基準平面設定作業の作業性が著しく低下してしまう。
【００２１】
レーザー光の径を大きくした場合には見やすくはなるが、観測者がレーザスポット中のいずれの箇所をもって基準平面と定めるかに誤差を生じ易く、また、受光器を使用した場合でも、受光面が大きくなるため、基準面の設定精度が低下する虞がある。従って、レーザー光等の照射光の径を大きくするだけでは実用的な解決手段にならない。
【００２２】
そこで、出願人は特願平５−１０４５１０号に記載するような基準平面設定装置を提案した。
【００２３】
図４(ａ)は、この基準平面設定装置の光学系の側面図であり、図４(ｂ)は上面図である。図４(ａ)、(ｂ)を参照し、基準平面設定装置１０１は、発光手段１０９とディスク１０２とを備えており、前記ディスク１０２は、図示しないモータを備えた回転手段によって回転軸線１０８を中心に回転させられる。前記発光手段１０９は前記回転軸線１０８上に配置されており、該発光手段１０９の射出するレーザー光１３１の光軸は前記回転軸線１０８と一致するようにされている。
【００２４】
前記ディスク１０２に前記回転軸線１０８と交差する穴１０３が開けられており、該穴１０３上に第１ビームスプリッタ１４１が配置され、その側方には第２ビームスプリッタ１４２が配置されている。
【００２５】
前記第１ビームスプリッタ１４１はハーフプリズムから構成されており、前記第２ビームスプリッタ１４２は３つの三角プリズムから構成されている。
【００２６】
前記レーザ光１３１が前記穴１０３を介して前記第１ビームスプリッタ１４１に照射されると、レーザ光１３１の１／２光量は反射され、レーザ光１３４0となって前記第２ビームスプリッタに照射され、残りの半分（同１／２光量）は透過して、垂直レーザ光１３２となって前記回転軸線１０８に沿って上方に照射される。
【００２７】
前記レーザ光１３４0が前記第２ビームスプリッタ１４２に照射されると、その半分（同１／４光量）は、該第２ビームスプリッタ１４２を透過して第１水平レーザ光１３４1となって、窓１１２1から射出される。残りの半分は前記第２ビームスプリッタ１４２で反射されて第２水平レーザ光１３４2となって、窓１１２2から前記第１レーザ光１３４1とは逆方向に射出される。
【００２８】
そして、前記ディスク１０２が前記回転軸線１０８の回りに回転すると、該ディスク１０２上に配置された前記第１ビームスプリッタ１４１と前記第２ビームスプリッタ１４２も回転し、前記第１水平レーザ光１３４1と前記第２水平レーザ光１３４2も、前記回転軸線１０８の回りに回転するので、前記回転軸線１０８を鉛直に整準しておけば、前記２本のレーザ光１３４1、１３４2とで、一つの水準面を設定することができる。
【００２９】
図示のように、前記２本のレーザ光１３４1、１３４2を使用すれば、同一測定点に入射する照射光の単位時間当りの光量を増大させることができる。
【００３０】
しかしながら、上記したような基準平面設定装置１０１では、逆方向に向かう２本のレーザ光を形成するために、第１ビームスプリッタ１４１と第２ビームスプリッタ１４２との２つのビームスプリッタを必要とする。
【００３１】
しかも、前記第２ビームスプリッタ１４２は、前記回転軸線１０８上に配置できないため、重心が回転軸線上に位置せず、重量バランスが悪いためにスムーズな回転が得られないという不都合があった。このため、該ディスク１０２上に重量バランサーを固定して、重量バランスを調整していたが、この調整作業は煩雑である。
【００３２】
また、前記ディスク１０２は、少なくとも２つのビームスプリッタを配置できる大きさを必要とするので、装置の小型化にも一定の限界があった。
【００３３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の不利不便に鑑みて創作されたもので、２本の平行光線束を射出できる小型の基準平面設定装置を提供することを課題とする。
【００３４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、一の直線と直角な平面に平行な第１平行光線束と第２平行光線束とを射出し、前記第１平行光線束と前記第２平行光線束とを前記一の直線を回転軸線として回転させて基準平面を設定する基準平面設定装置であって、一次平行光線束を発生する発光手段と、前記一次平行光線束を前記第１平行光線束と前記第２平行光線束に分割するビーム分割手段と、前記発光手段と前記ビーム分割手段とを前記回転軸線を中心に同期回転させる回転手段とを備えたものにおいて、前記発光手段と前記ビーム分割手段とを前記回転軸線上に配置すると共に、前記一次平行光線束は直線偏光光であり、前記ビーム分割手段は、偏光ビームスプリット面と、1/4波長板と、反射ミラーとを有しており、前記ビームスプリット面の主軸は前記一次平行光線束の偏光面に対して４５°を成し、前記ビームスプリット面に前記一次平行光線束が４５°の角度で入射するように配置され、前記1/4波長板の主軸は、前記ビームスプリット面を透過した直線偏光光の偏光面に対して４５°を成すように配置され、前記反射ミラーは、前記1/4波長板を透過した光を反射して該1/4波長板に戻すように配置されたことを特徴とする。
【００３５】
同じ光軸を有する２本の平行光線束を回転軸線と直角な平面に平行に射出し、前記回転軸線が鉛直になるように整準し、前記回転軸線を中心として前記２本の平行光線束を回転させれば、前記２本の平行光線束で一つの基準平面を張ることができる。
【００３６】
前記発光手段と前記ビーム分割手段とを前記回転軸線上に配置しておけば、重心が前記回転軸線上に位置するので、前記回転を円滑に行なうことができる。
【００３７】
更に、前記一次平行光線束に直線偏光光を使用し、前記ビーム分割手段に、偏光ビームスプリット面と、1/4波長板と、反射ミラーとを設け、該ビームスプリット面の主軸が前記一次平行光線束の偏光面に対して４５°を成し、且つ、前記一次平行光線束が前記ビームスプリット面に４５°の角度で入射するように配置し、前記1/4波長板を、該1/4波長板の主軸が前記ビームスプリット面を透過した直線偏光光の偏光面に対して４５°を成すように配置し、前記反射ミラーを、前記1/4波長板を透過した光を反射して該1/4波長板に戻すように配置すれば、少ない光学部品点数で前記２本の平行光線束を作ることができる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００３９】
図１を参照し、２は基準平面設定装置であり、有底円筒６内に発光手段５が設けられており、該有底円筒６の開口部１０にはビームスプリット手段１６が設けられている。前記有底円筒６は、筺体８にベアリング７を介して回転可能に保持されており、図示しないモーターによって該有底円筒６の中心軸線を回転軸線９として回転し得るように構成されている。
【００４０】
前記発光手段５は、レーザ発光ダイオード３とコリメーションレンズ４とから成っており、前記レーザ発光ダイオード３は、前記有底円筒６の底部の前記回転軸線９と交差する位置に固定され、前記コリメーションレンズ４は、前記有底円筒６内の、前記レーザ発光ダイオード３と前記ビームスプリット手段１６との間に配置されている。
【００４１】
前記ビームスプリット手段１６は、偏光ビームスプリッター１２と、1/4波長板１３と、反射ミラー１４とから成っており、前記コリメーションレンズ４は、前記レーザダイオード３の射出するレーザ光Ｌ'を平行光とし、一次平行光線束Ｌ0として前記偏光ビームスプリッター１２に照射するように構成されている。
【００４２】
前記コリメーションレンズ４の中心と前記レーザ発光ダイオード３の発光面の中心とは、前記回転軸線９上に位置するように配置されているので、前記一次平行光線束Ｌ0の光軸１１は前記回転軸線９と一致する。また、前記レーザ光Ｌ'は直線偏光光であるので、前記一次平行光線束Ｌ0も直線偏光光となり、一定の偏光面を有している。
【００４３】
前記ビームスプリッター１２は、ビームスプリット面１５を有しており、該ビームスプリット面１５は、図２(ａ)に示すように、前記一次平行光線束Ｌ0が４５°の角度で入射するように配置されている。該ビームスプリット面１５の主軸は、前記一次平行光線束Ｌ0の偏光面と４５°の角度を成すように配置されおり、前記一次平行光線束Ｌ0が前記ビームスプリット面１５に照射されると、半分は反射されて第１平行光線束Ｌ1となり、残りの半分は透過されてビームスプリット面透過光Ｍ1となる。
【００４４】
前記ビームスプリット面１５で前記一次平行光線束Ｌ0が反射される際、偏光面は４５°傾けられるので、前記第１平行光線束Ｌ1の偏光面は前記ビームスプリット面１５の主軸と直角になる。また、前記一次平行光線束Ｌ0が透過される際、偏光面は前記第１平行光線束とは逆向きに４５°傾けられるので、前記ビームスプリット面透過光Ｍ1の偏光面は、前記ビームスプリット面１５の主軸と平行になる。従って、偏光面を光の進行方向を基準として見た場合、前記第１平行光線束Ｌ1の偏光面と前記ビームスプリット面透過光Ｍ1の偏光面とは互いに９０°の角度を成すことになる。
【００４５】
また、前記ビームスプリット面透過光Ｍ1の光路上には、前記1/4波長板１３と前記反射ミラー１４が順に配置されているので、前記ビームスプリット面透過光Ｍ1は前記1/4波長板１３に照射され、該1/4波長板１３を透過して1/4波長板透過光Ｍ2となって前記反射ミラー１４に照射され、反射光Ｍ3となる。前記ビームスプリット面透過光Ｍ1は直線偏光光であるから、前記1/4波長板透過光Ｍ2と、前記反射光Ｍ3とは円偏光光となる。
【００４６】
なお、前記反射ミラー１４に替え、図２(ｂ)のように、三角プリズム１８を使用することも可能である。
【００４７】
前記反射光Ｍ3が前記1/4波長板１３の裏面に照射されると、前記1/4波長板１３を透過して1/4波長板再透過光Ｍ4となる。前記反射光Ｍ3は円偏光光であるので、前記1/4波長板再透過光Ｍ4は直線偏光光となる。また、前記1/4波長板１３の主軸は、前記ビームスプリット面透過光Ｍ1の偏光面に対して４５°を成すように配置されており、前記ビームスプリット面透過光Ｍ1が前記1/4波長板１３に照射され、該1/4波長板１３を表と裏から２回透過して前記1/4波長板再透過光Ｍ4となっているので、前記1/4波長板再透過光Ｍ4の偏光面は前記ビームスプリット面透過光Ｍ1の偏光面から９０°傾けられている。その場合、前記ビームスプリット面透過光Ｍ1の偏光面は前記ビームスプリット面の主軸と平行になっているので、前記1/4波長板再透過光Ｍ4の偏光面は前記ビームスプリット面１５の主軸と直角になり、前記1/4波長板再透過光Ｍ4は前記ビームスプリット面１５で全反射され、第２平行光線束Ｌ2となる。従って、前記第１平行光線束Ｌ1と前記第２平行光線束Ｌ2の光量は略等しくなる。なお、前記第２平行光線束Ｌ2の偏光面は、前記第１平行光線束Ｌ1の偏光面と平行になる。
【００４８】
また、前記1/4波長板１３と前記反射ミラー１４とは、前記一次平行光線束Ｌ0の光軸１１と垂直になるように配置されているので、前記ビームスプリット面透過光Ｍ1と前記1/4波長板透過光Ｍ2と前記反射光Ｍ3と前記1/4波長板再透過光Ｍ4との光軸とは、前記一次平行光線束Ｌ0の光軸１１と一致する。
【００４９】
更に、前記ビームスプリット面１５は、前記一次平行光線束Ｌ0が４５°の角度で入射するように配置されているので、前記1/4波長板再透過光Ｍ4は、前記ビームスプリット面１５の裏面に４５°の角度で入射する。従って、前記第１平行光線束Ｌ1と前記第２平行光線束Ｌ2の光軸同一であり、共に前記一次平行光線束Ｌ0の光軸１１(回転軸線９)と垂直に交差する。
【００５０】
従って、前記基準平面設定装置２を整準して前記回転軸線９を鉛直にし、前記回転軸線９を中心に前記有底円筒６を回転させれば、前記第１平行光線束Ｌ1と前記第２平行光線束Ｌ2とで、一つの水準面を張ることができる。
【００５１】
その際、前記第１平行光線束Ｌ1と前記第２平行光線束Ｌ2との光軸１７は前記回転軸線９と直角に交差しているので、前記有底円筒６を一定速度で回転させれば、測定点には一定周期でレーザスポットが作られる。
【００５２】
また、前記発光手段５と前記ビーム分割手段１６とは前記回転軸線９上に位置しているので、該回転軸線９上に重心が存し、前記有底円筒６の回転が円滑である。
【００５３】
但し、測定点に一定周期で平行光線束を入射させるためには、前記発光手段５と前記ビーム分割手段１６とは、必ずしも前記回転軸線９上に配置されている必要はなく、前記第１平行光線束Ｌ1と前記第２平行光線束Ｌ2との光軸が、前記回転軸線と交差していればよい。
【００５４】
【発明の効果】
平行光線束を一本だけしか使用しない基準平面設定装置に比べ、単位時間あたりに測定対象物に平行光線束が照射される回数が２倍になり、測量作業の能率が向上する。
【００５５】
また、重心を回転軸線上に位置させることができるので、回転運動が円滑になり、少ない光学部品で構成できるため、装置を小型にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明装置の一例
【図２】  その光学原理を説明するための図
【図３】  従来の基準平面設定装置の断面図
【図４】  従来の他の基準平面設定装置の光学系を示す図
【符号の説明】
２……基準平面設定装置    ５……発光手段    ９……回転軸線
１３……1/4波長板    １４……反射ミラー
１５……偏光ビームスプリット面    １６……ビーム分割手段
Ｌ0……一次平行光線束    Ｌ1……第１平行光線束
Ｌ2……第２平行光線束
【図１】
0003761693.tif 000002
【図２】
0003761693.tif 000003
【図３】
0003761693.tif 000004
【図４】
0003761693.tif 000005