JP4746896B2 - レーザ照射装置 - Google Patents

Description

本発明は基準線、基準点を形成する為にレーザ光線を壁面、天井面等に照射するレーザ照射装置に関するものである。

建築作業等で窓の取付け作業、柱の設置作業或は天井に照明器具等を取付ける作業を行う場合は、取付け位置を示す水平基準線（墨出し線）、鉛直基準線、基準点が必要であり、基準線、基準点を作成するものとしてレーザ照射装置がある。

レーザ照射装置は、可視のレーザ光線を壁面、天井面に照射することで水平基準線、鉛直基準線、基準点を作成しており、従来のレーザ照射装置としては特許文献１に示されるものがある。

図７に於いて、従来のレーザ照射装置について略述する。

図中、１は可視光を発するレーザダイオード、２はレンズ、３，４，５はビームスプリッタ、６，７はシリンドリカルレンズを示している。

前記レーザダイオード１から発せられたレーザ光線は前記レンズ２で平行光束とされ、前記ビームスプリッタ３により水平、上下鉛直の３方向に分割される。水平方向のレーザ光線１１は前記シリンドリカルレンズ６により水平方向に扇状に拡散され壁面等に照射されることで水平基準線を形成し、又上方向に分割されたレーザ光線は前記ビームスプリッタ４により、更に水平方向と鉛直方向の２方向に分割され、水平方向に分割されたレーザ光線１２は前記シリンドリカルレンズ７により鉛直方向に扇状に拡散され壁面等に照射されることで鉛直基準線を形成する。又前記ビームスプリッタ４を透過した上鉛直方向のレーザ光線１３は天井面等に照射されることで基準点を形成し、前記ビームスプリッタ５を透過したレーザ光線１４は床面等に照射されることで基準点を形成する。

尚、図中８は自由液面９を有する傾斜検出器であり、又１０は前記ビームスプリッタ５で反射されたレーザ光線を受光する受光センサであり、前記自由液面９が鉛直に対して傾斜することで前記受光センサ１０での受光位置が変化し、受光位置の変化でレーザ照射装置の傾斜を検出可能となっている。

従って、従来のレーザ照射装置では前記レーザ光線１１，１２，１３，１４が同時に照射され、水平基準線、鉛直基準線、上下２つの基準点が同時に形成される構成となっている。

建築作業等、実際の作業では、窓の水平位置を水平基準線により求め、窓の設置に必要な作業を行い、又壁や柱を設置する際の鉛直度は鉛直基準線を基準として求められる。これら窓の取付け作業、壁や柱の施工は作業工程に従って順次行われるものであり、同時に作業することはない。従って、従来のレーザ照射装置で同時に照射形成される上下基準点、水平基準線、鉛直基準線についても使用されるものはいずれか１つであり、同時に複数の基準点、基準線が使用されることはない。

レーザ照射装置に於いて、基準線等が形成された場合、基準線等の視認性が重要であり、作業者が明確に視認できる程度の輝度が必要である。この為、従来のレーザ照射装置では複数に分割されたレーザ光線それぞれに視認できる充分の輝度が必要となり、前記レーザダイオード１には大きな出力が要求される。

大きな出力のレーザダイオード、該レーザダイオードを駆動する電源装置は高価であり、装置の製造コストが高くなる。又、消費電力も大きいことから、電池の消耗も大きく、レーザ照射装置の駆動時間が制限されると共にランニングコストが大きくなる。

消費電力の低減を考慮して、鉛直、水平等各方向毎にレーザ光線を照射するレーザダイオードを設け作業に供される基準線を形成するレーザ光線を発するもののみレーザダイオードを点灯する様にしたレーザ照射装置もあるが、複数のレーザ光源が必要であり、構造が複雑となると共に装置の製造コストが高くなっていた。更に、視認性の優れたグリーンレーザ光線を照射するレーザダイオードを採用した場合、グリーンレーザダイオードは高価であり、複数のレーザダイオードを使用することは非常にコスト高となっていた。

特開平９−２２９６８５号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、単一のレーザ光源で低出力であっても、視認性に優れた基準点、基準線が複数方向で形成可能なレーザ照射装置を提供するものである。

本発明は、レーザ光線を照射することで基準位置を示すレーザ照射装置であり、前記レーザ光線を射出する発光部と、前記レーザ光線を複数の方向に偏向して射出する照射光学系とを具備し、該照射光学系は前記発光部の光軸上に光路切替え光学部材を有し、該光路切替え光学部材は複数の反射面を有すると共に姿勢を変更可能とし、１つの姿勢では前記レーザ光線を前記反射面で反射して射出し、他の姿勢では該反射面で反射しないで射出させる様構成され、前記光路切替え光学部材の姿勢を選択することで直交する２方向に選択的に前記レーザ光線の光路を切替え可能であり、光路の切替えにより複数の方向の少なくとも一方向に選択的に前記レーザ光線を照射する様構成したレーザ照射装置に係り、又前記光路切替え光学部材は側面が平行な２面となっているペンタプリズムであり、姿勢の変更は回転させることで側面を光軸に対して垂直とする様にしたレーザ照射装置に係り、又前記光路切替え光学部材はペンタプリズムであり、該ペンタプリズムを光路外にスライド可能としたレーザ照射装置に係り、又前記光路切替え光学部材は側面が平行な２面となっている菱形プリズムであり、姿勢の変更は回転させることで側面を光軸に対して垂直とする様にしたレーザ照射装置に係り、又前記光路切替え光学部材は菱形プリズムであり、該菱形プリズムを光路外にスライド可能としたレーザ照射装置に係り、又前記照射光学系は、前記レーザ光線の射出方向の少なくとも１つの方向に光路方向調整部材を有するレーザ照射装置に係り、又前記光路切替え光学部材は、ペンタプリズムと同様の作用をする２枚の反射鏡で構成されたレーザ照射装置に係り、又前記光路切替え光学部材は、菱形プリズムと同様の作用をする２枚の反射鏡で構成されたレーザ照射装置に係り、更に又前記照射光学系は前記レーザ光線の照射方向の１つに第１のラインレーザ光線を形成する第１シリンドリカルレンズが設けられ、前記レーザ光線の照射方向の他の１つに第２のラインレーザ光線を形成する第２シリンドリカルレンズが設けられ、前記第１のラインレーザ光線と前記第２のラインレーザ光線とは直交しているレーザ照射装置に係るものである。

本発明によれば、レーザ光線を照射することで基準位置を示すレーザ照射装置であり、前記レーザ光線を射出する発光部と、前記レーザ光線を複数の方向に偏向して射出する照射光学系とを具備し、該照射光学系は前記発光部の光軸上に光路切替え光学部材を有し、該光路切替え光学部材は複数の反射面を有すると共に姿勢を変更可能とし、１つの姿勢では前記レーザ光線を前記反射面で反射して射出し、他の姿勢では該反射面で反射しないで射出させる様構成され、前記光路切替え光学部材の姿勢を選択することで直交する２方向に選択的に前記レーザ光線の光路を切替え可能であり、光路の切替えにより複数の方向の少なくとも一方向に選択的に前記レーザ光線を照射する様構成したので、複数方向に前記レーザ光線を照射して基準位置を示す場合に前記レーザ光線を照射光学系により切替えて照射する様にしたので、単一の発光源であっても発光強度を増大させることなく、充分な輝度が得られ、レーザ照射装置を安価に構成することが可能である等の優れた効果を発揮する。

以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。

図１は本発明に係るレーザ照射装置１６の概略を示しており、図中１７はベース、１８はレーザ光線照射部を示しており、前記ベース１７は高さ調整可能な脚１９を有し、前記レーザ照射装置１６を水平に設置可能となっている。又、前記レーザ光線照射部１８は前記ベース１７に対して鉛直軸を中心に回転可能に設けられ、前記レーザ光線照射部１８を回転させることで、レーザ光線２０の照射方向を移動可能となっている。

前記レーザ光線照射部１８は可視光のレーザ光線２０を射出する発光部２１、前記レーザ光線２０を水平、鉛直方向に選択的に偏向して照射する照射光学系２２を具備している。

図２、図３を参照して第１の実施の形態について説明する。

発光部２１はレーザダイオード１と該レーザダイオード１から射出されるレーザ光線２０を平行光束とするレンズ２を具備している。前記発光部２１の光軸２３上に、光路切替え光学部材、光束分割光学部材が設けられ、前記光路切替え光学部材として、例えばペンタプリズム２４が用いられ、又前記光束分割光学部材として、例えばビームスプリッタ２５が用いられる。前記ペンタプリズム２４は図示しない支持部材によって支持され、該支持部材は前記ペンタプリズム２４を前記光軸２３と直交する回転軸を中心に回転可能としており、又前記ペンタプリズム２４を回転しない０°の姿勢、及び９０°回転した姿勢でそれぞれ保持可能となっている。

該ペンタプリズム２４が回転しない状態、即ち０°の姿勢の場合は、入射するレーザ光線２０は入射光軸に対して直角方向に反射偏向されて射出される。前記ペンタプリズム２４からの反射光軸２６上にはウェッジプリズム２７及び第１シリンドリカルレンズ２８が設けられている。前記ウェッジプリズム２７は、光路方向調整部材として設けられており、前記反射光軸２６を中心に回転可能であり、回転することで光路方向の調整が可能となっている。又、前記第１シリンドリカルレンズ２８は前記反射光軸２６と直交し且つ鉛直な中心線を有し、入射されるレーザ光線２０を中心線と直角な方向に拡散してラインレーザ光線を形成する。

前記ペンタプリズム２４が回転した９０°の姿勢の場合は、上下平行な２面が前記光軸２３に対して垂直になっており、前記レーザ光線２０は光路を偏向することなく前記ペンタプリズム２４を透過する様になっている。尚、前記ペンタプリズム２４の前記上下平行な２面には反射防止膜が形成されることが望ましい。

該ペンタプリズム２４を透過したレーザ光線２０の前記光軸２３上に前記ビームスプリッタ２５及びウェッジプリズム２９が配設されている。前記ビームスプリッタ２５は入射するレーザ光線２０を鉛直方向に透過する光束と、水平方向に反射する光束とに分割する。

前記ビームスプリッタ２５で反射されたレーザ光線２０の反射光軸３１上にウェッジプリズム３２、第２シリンドリカルレンズ３３が設けられ、前記ウェッジプリズム３２は前記反射光軸３１を中心に回転可能となっており、前記第２シリンドリカルレンズ３３は前記反射光軸３１と直交し且つ水平な中心線を有している。前記ウェッジプリズム３２も上記ウェッジプリズム２７と同様、光路方向調整部材として設けられ、前記第２シリンドリカルレンズ３３も該第２シリンドリカルレンズ３３の中心線と直角な方向に拡散してラインレーザ光線を形成する。

尚、前記光軸２３上に、例えば、前記発光部２１と前記ペンタプリズム２４との間に、鉛直補正装置３４を設けてもよい。該鉛直補正装置３４は自由液面９を有し、該自由液面９が常に水平であることを利用し、該自由液面９で反射されるレーザ光線２０を検出してレーザ照射装置１６（図１参照）の傾斜を検出して、該レーザ照射装置１６の傾斜を修正する様に、脚１９（図１参照）を調整するか、或は反射光を光学的に補正して鉛直光を得る様にしたものである。

尚、前記ウェッジプリズム２７、前記ウェッジプリズム２９、前記ウェッジプリズム３２については、光路方向を調整する必要がない場合は、１つ又は全部を省略してもよい。

以下、図３、図４を参照して作用について説明する。

図３は水平基準線を形成する場合を示しており、前記ペンタプリズム２４は０°の姿勢となっている。

前記発光部２１から射出された前記レーザ光線２０は前記ペンタプリズム２４により前記光軸２３に対して直角に反射され、前記反射光軸２６上に射出される。前記レーザ光線２０は前記ウェッジプリズム２７を透過して前記第１シリンドリカルレンズ２８に入射し、該第１シリンドリカルレンズ２８は前記レーザ光線２０を水平方向に拡散して水平ラインレーザ光線３６として射出する。該水平ラインレーザ光線３６は壁面等に照射されることで水平基準線を形成し、水平基準位置（基準線）を示す。前記ウェッジプリズム２７を回転させることで、前記第１シリンドリカルレンズ２８に入射する前記レーザ光線２０の角度の微調整が行え、前記第１シリンドリカルレンズ２８から射出される前記水平ラインレーザ光線３６の方向の微調整、即ち形成される水平基準線の上下位置の微調整が可能である。

図４は、鉛直基準線、基準点を形成する場合を示しており、前記ペンタプリズム２４を９０°回転する。９０°の姿勢では、前記レーザ光線２０は光路を偏向することなく前記ペンタプリズム２４を透過し、前記ビームスプリッタ２５により水平方向のレーザ光線２０と、鉛直方向のレーザ光線２０とに分割する。

前記ビームスプリッタ２５で水平方向に分割反射されたレーザ光線２０は前記ウェッジプリズム３２を透過して前記第２シリンドリカルレンズ３３に入射する。該第２シリンドリカルレンズ３３は前記レーザ光線２０を上下方向に拡散して鉛直ラインレーザ光線３７として射出する。前記ウェッジプリズム３２を回転させることで、前記第２シリンドリカルレンズ３３に入射する前記レーザ光線２０の角度の微調整が行え、前記第２シリンドリカルレンズ３３から射出される前記鉛直ラインレーザ光線３７の方向の微調整、即ち形成される鉛直線の左右方向の微調整が可能である。

前記ビームスプリッタ２５を透過し、前記ウェッジプリズム２９を透過したレーザ光線２０は例えば天井面に基準位置を示す基準点を形成する。尚、前記ウェッジプリズム２９は基準点の位置の微調整が可能である。

又、前記ウェッジプリズム２９に代え、前記光軸２３と直交するシリンドリカルレンズを設け、又該シリンドリカルレンズを前記光軸２３を中心に回転可能とすることで、天井面等に任意な２点を結ぶ基準線を形成することができる。

尚、前記ペンタプリズム２４に代え、該ペンタプリズム２４の２つの反射面と等価な反射機能を有する２枚の反射鏡で構成したペンタミラーに代えてもよい。該ペンタミラーの場合、９０°回転すると前記レーザ光線２０を遮るものがなくなるので、該レーザ光線２０は２枚の反射鏡の間を通過し偏向されない。従ってペンタミラーとした場合も、前記ペンタプリズム２４と同等の作用を有する。

而して、前記水平ラインレーザ光線３６と鉛直ラインレーザ光線３７とを前記照射光学系２２により切替えて照射する様にしたので、単一の発光源であっても発光強度を増大させることなく、充分な輝度が得られ、レーザ照射装置を安価に構成することが可能である。

図５、図６は第２の実施の形態を示しており、光路切替え光学部材として菱形プリズム３８を用いた場合を示している。尚、図５、図６中、図３、図４中で示したものと同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

前記菱形プリズム３８は、第１反射面４１と該第１反射面４１と平行な第２反射面４２を有し、前記菱形プリズム３８に入射したレーザ光線２０は前記第１反射面４１と前記第２反射面４２によって反射されて射出され、射出光軸は入射光軸に対して平行となる。

前記菱形プリズム３８は光軸２３に対して直交する回転軸を中心に回転可能に設けられ、回転しない状態、即ち０°の姿勢では前記菱形プリズム３８に入射した前記レーザ光線２０は、前記第１反射面４１及び前記第２反射面４２に反射されて射出される様になっている。又、９０°回転した姿勢では、上下平行な２面が前記光軸２３に対して垂直になっており、前記レーザ光線２０は光路を偏向することなく前記菱形プリズム３８を透過する様になっている。尚、該菱形プリズム３８の前記上下平行な２面には反射防止膜が形成されることが望ましい。

反射鏡３９は、前記菱形プリズム３８で偏向され射出されるレーザ光線２０を水平方向に反射する様設けられている。

図５は、水平基準線を形成する場合を示しており、前記菱形プリズム３８に入射した前記レーザ光線２０は偏向されて鉛直方向に射出され、更に前記反射鏡３９で水平方向に反射される。

ウェッジプリズム２７を透過したレーザ光線２０は、第１シリンドリカルレンズ２８より水平ラインレーザ光線３６として照射される。又、前記ウェッジプリズム２７を回転させることで、形成される水平基準線の上下方向の位置が調整できる。

図６は、鉛直基準線、基準点を形成する場合を示しており、前記菱形プリズム３８を９０°回転する。９０°の姿勢では、前記レーザ光線２０は光路を偏向することなく前記菱形プリズム３８を透過する。尚、９０°回転することで前記菱形プリズム３８が前記レーザ光線２０の光路から外れる様にしてもよい。

前記菱形プリズム３８を透過した前記レーザ光線２０は、上述したものと同様にビームスプリッタ２５で水平方向の光束と、鉛直方向の光束とに分割され、第２シリンドリカルレンズ３３を透過することで鉛直ラインレーザ光線３７が形成され、ウェッジプリズム２９を透過して天井面等に基準点が形成される。

尚、前記菱形プリズム３８に代え、該菱形プリズム３８の２つの反射面と等価な反射機能を有する２つの反射鏡で構成（２つの反射鏡が平行に配置された構成）したものとしてもよい。２枚の反射鏡で構成した場合、９０°回転すると前記レーザ光線２０を遮るものがなくなるので、該レーザ光線２０は２枚の反射鏡の間を通過する。

更に、回転構造に代えてペンタプリズム２４及び菱形プリズム３８をレーザ光線２０の光路から外れる様にスライドさせる構造としてもよい。やや構造が複雑になるが平行に光路からスライドすることにより同様な結果が得られる。スライドは後方でも左右でも同様の結果が得られる。

本発明の実施の形態を示す概略構成図である。 本発明の第１の実施の形態に於ける照射光学系を示す概略斜視図である。 本発明の第１の実施の形態の照射光学系に於ける水平基準線を形成する場合を示す概略構成図である。 本発明の第１の実施の形態の照射光学系に於ける鉛直基準線、基準点を形成する場合を示す概略構成図である。 本発明の第２の実施の形態の照射光学系に於ける水平基準線を形成する場合を示す概略構成図である。 本発明の第２の実施の形態の照射光学系に於ける鉛直基準線、基準点を形成する場合を示す概略構成図である。 従来のレーザ照射装置の光学系を示す概略構成図である。

符号の説明

１ レーザダイオード
２ レンズ
２０ レーザ光線
２１ 発光部
２２ 照射光学系
２４ ペンタプリズム
２５ ビームスプリッタ
２７ ウェッジプリズム
２８ 第１シリンドリカルレンズ
２９ ウェッジプリズム
３２ ウェッジプリズム
３３ 第２シリンドリカルレンズ
３６ 水平ラインレーザ光線
３７ 鉛直ラインレーザ光線
３８ 菱形プリズム
３９ 反射鏡

Claims (8)

1. レーザ光線を照射することで基準位置を示すレーザ照射装置であり、前記レーザ光線を射出する発光部と、前記レーザ光線を複数の方向に偏向して射出する照射光学系とを具備し、該照射光学系は前記発光部の光軸上に設けられ、複数の反射面を有すると共に姿勢を変更することで直交する２方向に選択的に前記レーザ光線の光路を切替え可能な光路切替え光学部材を有し、該光路切替え光学部材によって切替えられる１つの光路には該光路と直交する第１シリンドリカルレンズが設けられ、他の光路には前記レーザ光線を前記光軸と直交する方向に光路を偏向する偏向光学部材が設けられ、該偏向光学部材で偏向された光路上に前記第１シリンドリカルレンズと直交する第２シリンドリカルレンズが設けられ、前記光路切替え光学部材は１つの姿勢では前記レーザ光線を前記反射面で反射し、反射光が前記第１シリンドリカルレンズに入射することで第１のラインレーザ光線が射出され、他の姿勢では前記偏向光学部材に入射したレーザ光線を偏向し、偏向された該レーザ光線が前記第２シリンドリカルレンズに入射することで前記第１のラインレーザ光線と直交する第２のラインレーザ光線が射出される様構成され、前記光路切替え光学部材の姿勢を選択し光路を切替えることで、複数の方向の少なくとも一方向に選択的に前記レーザ光線を照射する様構成したことを特徴とするレーザ照射装置。
2. 前記光路切替え光学部材は側面が平行な２面となっているペンタプリズムであり、姿勢の変更は回転させることで側面を光軸に対して垂直とする様にした請求項１のレーザ照射装置。
3. 前記光路切替え光学部材はペンタプリズムであり、該ペンタプリズムを光路外にスライド可能とした請求項１のレーザ照射装置。
4. 前記光路切替え光学部材は側面が平行な２面となっている菱形プリズムであり、姿勢の変更は回転させることで側面を光軸に対して垂直とする様にした請求項１のレーザ照射装置。
5. 前記光路切替え光学部材は菱形プリズムであり、該菱形プリズムを光路外にスライド可能とした請求項１のレーザ照射装置。
6. 前記照射光学系は、前記レーザ光線の射出方向の少なくとも１つの方向に光路方向調整部材を有する請求項１のレーザ照射装置。
7. 前記光路切替え光学部材は、ペンタプリズムと同様の作用をする２枚の反射鏡で構成された請求項１のレーザ照射装置。
8. 前記光路切替え光学部材は、菱形プリズムと同様の作用をする２枚の反射鏡で構成された請求項１のレーザ照射装置。

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