JP3767356B2

JP3767356B2 - レーザー墨出し器

Info

Publication number: JP3767356B2
Application number: JP2000291359A
Authority: JP
Inventors: 国法中村; 一成吉村; 達也本田
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2000-09-26
Filing date: 2000-09-26
Publication date: 2006-04-19
Anticipated expiration: 2020-09-26
Also published as: JP2002098530A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザー光によるライン光を利用して墨出しを行うためのレーザー墨出し器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザー光を円筒レンズを利用して扇形に広がるライン光とし、該ライン光を壁面や天井面に投射することで墨出しを行うレーザー墨出し器として、特開平１０−３１８７４５号公報に示されたものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記公報に示されたものでは、光源を含む光学系部材の配置の点で小型化に関して問題を有している。
【０００４】
本発明はこのような点に鑑みなされたものであって、その目的とするところは小型で携帯性に富んだレーザー墨出し器を提供するにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
しかして本発明に係るレーザー墨出し器は、レーザー光を出力する光源と、光源から出力されたレーザー光を集光する投光レンズと、投光レンズを経たレーザー光を水平ライン光生成用の円筒レンズに向けて分岐させる光分岐手段と、投光レンズを経たレーザー光を垂直ライン光生成用の円筒レンズに向けて分岐させる光分岐手段とを光軸方向において直線状に配設した本体部と、支持脚を具備して上記本体部をジンバル機構を介して揺動自在に吊下支持している支持体とからなり、投光レンズを経たレーザー光を水平ライン光生成用の円筒レンズに向けて分岐させる光分岐手段と、投光レンズを経たレーザー光を垂直ライン光生成用の円筒レンズに向けて分岐させる光分岐手段とは、ｓ偏光とｐ偏光に対する透過／反射率が異なる同一種で形成するとともに直線偏光であるレーザー光に対して向きを異ならせて配置して、各ライン光の光量をほぼ等しくしていることに特徴を有している。
【０００６】
そして、光源が半導体レーザーである場合、該光源から投光レンズを経て出力されるレーザー光はその楕円断面における長径方向が円筒レンズの軸と直交する方向において円筒レンズに入射させるのが好ましく、この場合、レーザー光の楕円断面の長径方向を円筒レンズの軸と直交する方向に変換する光学部材を備えたものとしてもよい。また、光源が半導体レーザーである時、該光源から出力される楕円断面のレーザー光を円形断面のレーザー光に変換するアナモフィック光学系を備えたものとしてもよい。
【０００７】
鉛直上方に向けられたレーザー光を円筒レンズに向けて分岐させる光分岐手段が、円筒レンズへの入射光を所要の仰角を持つレーザー光として分岐させるものとするのも好ましい。
【０００８】
光分岐手段を直進透過したレーザー光を上記垂直ライン光に連続するライン光に変換する円筒レンズを備えたものとするのも好ましい。
【０００９】
さらには、光源と投光レンズとの間の光軸方向距離を調節する調節手段を備えたものや、光軸と直交する平面内での投光レンズの位置を調節する調節手段を備えたものも好適に用いることができる。
【００１０】
円筒レンズは本体部に設けた位置決め凹所に納められて弾性部材で押し付け固定されるようにしておくとよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明を実施の形態の一例に基づいて詳述すると、図１及び図２は基本構成の概略を示すもので、上下に細長い円筒状となっている本体１と、この本体１の下端に開閉自在に連結された３本の支持脚５とからなり、本体１はさらに円筒体として形成された外殻１０と、この外殻１０内に配した本体部１１とから形成してあり、本体部１１は直交交差する２軸４１，４２を有するジンバル機構４を介して外殻１０に連結されて、外殻１０の姿勢の如何にかかわらず、本体部１１はその自重で鉛直状態を保とうとするものとなっている。
【００１２】
軸５０によって上端を外殻１０の下端部に連結しているとともに本体部１１支持用の支持体を外殻１０とともに構成する支持脚５は、開いた際に三脚として機能し、閉じた際には本体１に連続して全体を一つの棒状の形態とするもので、そのうちの１本の支持脚５の内面には電源部６が取り付けられており、支持脚５を閉じればこれら支持脚５の間の空間に電源部６が収まるようになっている。
【００１３】
ジンバル機構４によって上下方向のほぼ中央部が外殻１０内面に連結されている上記本体部１１は、その下部側に半導体レーザーである光源２０と投光レンズ２１と駆動回路２２とを備えた光出力部２が配設され、上部側に光出力部２から上方に出力されたレーザー光を偏向させる偏向部材（図示例ではハーフミラー）３０と偏向部材３０で偏向された光を鉛直方向の扇状のライン光とする円筒レンズ３１とを備えた光学系３が配設されたもので、上方に向けて光を出力する上記光出力部２には、下方にもレーザー光を出力する下方基準点放射部２５が設けられている。この下方基準点放射部２５は、上記光源２０とは別の光源を備えたものとしてもよいが、光源２０として後方への漏れ光を利用できる半導体レーザーを用いるのであれば、この後方への漏れ光を利用するものであってもよい。
【００１４】
支持脚５を開いてその下端を接地させることでレーザー墨出し器を置いた状態で光出力部２を作動させれば、光源２０から出力されるレーザー光は投光レンズ２１で集光された後、ジンバル機構４の中心に設けられた開口部（図示せず）を通じて光分岐部材でもある偏向部材３０に至り、偏向部材３０を透過したレーザー光は鉛直上方に向けてのポイント光となり、偏向部材３０で側方に向けて偏向されて円筒レンズ３１によって鉛直方向において扇状に広がるライン光となる。なお、ここでは円筒レンズ３１として軸が水平方向に向けられているものを用いたが、図３に示すように、軸が鉛直方向に向けられた円筒レンズ３１を用いれば、水平なライン光を出力させることができる。
【００１５】
そして図４に示すように、光出力部２の光軸上にビームスプリッタやハーフミラーなどからなる２つの光分岐部材を兼ねた偏向部材３０ａ，３０ｂを順に配置するとともに、一方の偏向部材３０ａの側方に軸が水平方向を向いた円筒レンズ３１を配置し、他方の偏向部材３０ｂの側方に軸が鉛直方向を向いた円筒レンズ３１を配置すれば、光出力部２から上方に出力されたレーザー光のうち、偏向部材３０ｂで偏向されたものは水平ライン光に、偏向部材３０ｂを透過して偏向部材３０ａで偏向されたものは垂直ライン光に、さらに偏向部材３０ａも透過したものは鉛直上方に向けたポイント光となる。
【００１６】
ところで、光源２０が半導体レーザーである場合、光源２０から出力されたレーザー光はその断面が楕円形状となっており、その長径方向が円筒レンズ３１の軸方向と同じとなっていると、円筒レンズ３１を通ることで扇形に広がるライン光の幅が太くなってしまう。この点に鑑み、図４に示すものにおいては、偏向部材３０ａで偏向されて円筒レンズ３１に向かうレーザー光の楕円形断面における長径方向が円筒レンズ３１の軸方向と直交するようにして、楕円の短径がライン光の線幅となるようにして、細い幅の垂直ライン光を得ることができるようにしている。
【００１７】
なお、レーザー光の楕円形断面における長径を円筒レンズ３１の直径にほぼ等しくしておくことで、全光量をライン光に変換することができて効率が良くなる。また、図４に示すものにおいては、偏向部材３０ｂで偏向されて円筒レンズ３１を通る水平ライン光の線幅は、楕円断面のレーザー光の長径方向が円筒レンズ３１の軸方向となっているために太くなってしまっているが、これは図５に示すように、偏向部材３０ｂによる偏向方向をいったん横向きとするとともに偏向部材（全反射ミラー）３０ｃで円筒レンズ３１に向けることで、水平ライン光についてもその線幅を細くすることができる。
【００１８】
もっとも、半導体レーザーである光源２０から出力されるレーザー光の楕円形断面の長径方向が円筒レンズ３１の軸方向に対して直交するように組み立てることは、コスト的に問題が多い。また、無作為に組み立てたのでは、ライン光の線幅のばらつきが大きくなってしまう。この点からすれば、たとえば図１０(a)に示すように、投光レンズ２１として経線方向と緯線方向との曲率半径が異なるアナモフィックレンズを用いて、光出力部２から出力されるレーザー光の断面が円形となるようにしておいたり、図１０(b)に示すように、投光レンズ２１の後段に一方向にパワーを持った凹レンズ２７と凸レンズ２８とからなるアナモフィック光学系を配してレーザー光の断面を円形に変換するとよい。
【００１９】
ここにおいて、光分岐部材を兼ねた２つの偏向部材３０ａ，３０ｂが光軸上に順に配置されている場合、偏向部材３０ｂを通過した光が偏向部材３０ａに向かうために、偏向部材３０ａ，３０ｂの光透過率と光反射率とがいずれも１：１であると、水平ライン光に比して垂直ライン光の光量が半分ほどとなってしまう（水平ライン光量：垂直ライン光量：ポイント光量＝０．５：０．２５：０．２５）ことになる。これは偏向部材３０ａに対して偏光部材３０ｂを異なる種類のもの、たとえば偏向部材３０ａの光透過率と光反射率とを１：１０とする（この場合、水平ライン光量：垂直ライン光量：ポイント光量＝０．５：０．４５：０．０５）ことで、水平ライン光と垂直ライン光の光量比をほぼ等しくすることができ、両ライン光の見え方のバランスが良くなり、高精度な墨出しを行うことができるものとなる。
【００２０】
さらには、半導体レーザーである光源２０から出力されるレーザー光は偏光特性を有していることから、図５に示すように直線偏光に対して向きが異なる２つの偏向部材３０ａ，３０ｂにｓ偏光に対する光透過率と光反射率の比を１：１、ｐ偏光に対する光透過率と光反射率の比を１：１０とする特性を持つ干渉フィルターを用いれば、この場合においても水平ライン光と垂直ライン光の光量比をほぼ等しくすることができる上に、両偏向部材３０ａ，３０ｂに同じ特性のものを用いることができる。
【００２１】
図６は垂直ライン光と水平ライン光及び鉛直上方に向かうポイント光を得ることができる上記構成のレーザー墨出し器の具体構成を示すもので、本体１の外殻１０は上下端が閉じた円筒状となっており、上端面と上部の一郭及び側面には透明板１２が配設されて上方へのポイント光と垂直ライン光及び水平ライン光を外部に出力することができるようにされている。そして、ジンバル機構４によって外殻内１０において揺動自在に支持されている本体部１１の上部に偏向部材３０ａ，３０ｂと円筒レンズ３１、３１とが取り付けられており、本体部１１の下部に光出力部２が取り付けられている。また、別途光源を備えた下方基準点放射部２５が本体部１１の下端部に配設されている。
【００２２】
さらに本体部１１と外殻１０との間には制振機構１６が配設されている。この制振機構１６は、本体部１１に取り付けた銅板あるいはアルミニウム板のような金属板１７と、対向する内面に夫々永久磁石１９を取り付けたヨーク１８とからなるもので、外殻１０の内面にヨーク１８を介して固定されている上記一対の永久磁石１９，１９間のギャップ内に上記金属板１７が位置している。外殻１０に対して本体部１１が揺動する時、ヨーク１８と永久磁石１９とによる磁気回路を横切る金属板１７も揺動するために、この時、金属板１７に渦電流が発生するとともに、この渦電流により本体部１１の揺動を抑える力が生じるものである。
【００２３】
この具体例における円筒レンズ３１は、図７に示すように、本体部１１に設けた位置決め凹所１３内に納められた後、本体部１１にねじ止めした弾性体からなる押さえ板１４で位置決め凹所１９の基準面に押し付けられるようにしており、このように円筒レンズ３１の本体部１１への固定を行うことで、円筒レンズ３１の精度の良い取付固定を簡便に行うことができるようにしてある。
【００２４】
また、上記具体例における垂直ライン光を得るための偏向部材３０ａは、鉛直上方に向けられている入射光を水平方向に偏向するのではなく、図８にも示すように３０〜４０°の仰角αを持つ斜め上方向に偏向するものとしている。レーザー光はその断面における光量分布が、光軸の中心ほど強くなるガウス分布となっており、円筒レンズ３１でライン光を生成した場合においても、円筒レンズ３１への入射光の光軸の延長線方向における光が最も強くなる。この時、垂直ライン光を得るための円筒レンズ３１への入射光の光軸が上記角度を有するものとなるようにしておけば、作業者がレーザー墨出し器を床面に設置して照射した時、光軸と作業者の視線とがほぼ一致することになり、垂直ライン光のなかでも作業者の視線方向における位置の強度が高くなるために、高精度な墨出し作業を行うことができるものである。
【００２５】
図９に別の例を示す。光出力部２の光軸方向に並ぶ２つの偏向部材３０ａ，３０ｂのうち、上方側にある偏向部材３０ａの直上に第３の円筒レンズ３１を配置し、偏向部材３０ａを直進透過したレーザー光は上記第３の円筒レンズ３１を経ることで、偏向部材３０ａにおいて偏向された垂直ライン光に連続するライン光を天井面に描くようにしたものである。ライン光を描くことができる範囲がさらに広くなっているために、広い範囲で墨出し作業を行うことができる。
【００２６】
図１１は光出力部２の他例を示しており、ここでは光源２０を固定した光源固定部２３に対して、投光レンズ２１を保持した鏡胴２４を螺合させて、鏡胴２４の螺進退で光軸方向における光源２０と投光レンズ２１との間の距離を調節することができるようにしている。光出力部２から出力されるレーザー光は投光レンズ２１によって収斂する光となっているために、遠点と近点とではポイント光の大きさやライン光の線幅に差異が生じるが、光源２０と投光レンズ２１との間の距離を調節することで、壁面に最小スポットのポイント光や最小線幅のライン光を照射することができる。なお、光源２０と投光レンズ２１との間の距離調節は、上記のような螺合構造である必要はなく、また光源２０側を投光レンズ２１に対して動かせるようにしたものであってもよい。
【００２７】
さらに投光レンズ２１の光軸と直交する方向の位置ずれδは、図１２(b)に示すように、本来ならば鉛直上方に向かうべきレーザー光を斜め方向に向けてしまうことから、図１２(a)に示すように、投光レンズ２１の光軸と直交する平面内での位置調節を調節ねじ２６で行うことができるようにしておくとよい。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように本発明の特徴とするところにおいては、全体を細身で小型のものとすることができるものであり、またジンバル機構を利用するために安価に提供することができる。
【００２９】
また、投光レンズを経たレーザー光を水平ライン光生成用の円筒レンズに向けて分岐させる光分岐手段と、投光レンズを経たレーザー光を垂直ライン光生成用の円筒レンズに向けて分岐させる光分岐手段とを光軸方向において直線状に配設しているために、水平ライン光と垂直ライン光の両方を同時に得ることができる。
【００３０】
しかも、投光レンズを経たレーザー光を水平ライン光生成用の円筒レンズに向けて分岐させる光分岐手段と、投光レンズを経たレーザー光を垂直ライン光生成用の円筒レンズに向けて分岐させる光分岐手段とは、ｓ偏光とｐ偏光に対する透過／反射率が異なる同一種で形成するとともに直線偏光であるレーザー光に対して向きを異ならせて配置して、各ライン光の光量をほぼ等しくしているために、同じ光分岐手段を用いつつも両種ライン光の光量をほぼ等しくすることができる。
【００３１】
そして、光源が半導体レーザーである場合、該光源から投光レンズを経て出力されるレーザー光はその楕円断面における長径方向が円筒レンズの軸と直交する方向において円筒レンズに入射させることで、ライン光の線幅を細くすることができる。また、レーザー光の楕円断面の長径方向を円筒レンズの軸と直交する方向に変換する光学部材を備えたものとすることで、水平ライン光と垂直ライン光の両方を得られるようにしたものにおいても、両種ライン光の線幅を共に細くすることができる。
【００３２】
上記光源から出力される楕円断面のレーザー光を円形断面のレーザー光に変換するアナモフィック光学系を備えたものとすることでも、ライン光の線幅が太くなってしまう事態を避けることができる。
【００３３】
鉛直上方に向けられたレーザー光を円筒レンズに向けて分岐させる光分岐手段は、円筒レンズへの入射光を所要の仰角を持つレーザー光として分岐させるものとするのが、ライン光の見やすさや広がりに対するバランスの点で好ましい。
【００３４】
そして、光分岐手段を直進透過したレーザー光を上記垂直ライン光に連続するライン光に変換する円筒レンズを備えたものとすれば、ライン光を投射することができる範囲を広げることができる。
【００３５】
さらには、光源と投光レンズとの間の光軸方向距離を調節する調節手段を備えたものとすることで、得られるライン光の線幅やポイント光のスポット径を墨出し器から投射面までの距離に関係なく小さくすることができる。
【００３６】
さらに、光軸と直交する平面内での投光レンズの位置を調節する調節手段を備えたものとすることで、光軸調整を簡便に行うことができるものとなる。
【００３７】
また、円筒レンズは本体部に設けた位置決め凹所に納められて弾性部材で押し付け固定されるようにしておくと、組立が簡単となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】基本構成の一例の概略断面図である。
【図２】同上の概略構成を示す斜視図である。
【図３】同上の他例の概略構成を示す斜視図である。
【図４】同上の更に他例の概略斜視図である。
【図５】本発明に係る実施の形態の一例を示すもので、(a)は概略斜視図、(b)は水平ライン光出力部の水平断面図である。
【図６】同上の具体例の断面図である。
【図７】同上の円筒レンズ固定部分を示すもので、(a)は分解斜視図、(b)は斜視図である。
【図８】同上の使用状態を示す説明図である。
【図９】同上の更に別の例の概略斜視図である。
【図１０】 (a)(b)は夫々光出力部の他例を示す斜視図である。
【図１１】 (a)(b)は光出力部のさらに他例の断面図である。
【図１２】光出力部の別の例を示しており、（ａ）は概略斜視図、(b)は動作説明図である。
【符号の説明】
１本体
２光出力部
３光学系
４ジンバル機構
５支持脚
６電源部
１０外殻
１１本体部

Claims

レーザー光を出力する光源と、光源から出力されたレーザー光を集光する投光レンズと、投光レンズを経たレーザー光を水平ライン光生成用の円筒レンズに向けて分岐させる光分岐手段と、投光レンズを経たレーザー光を垂直ライン光生成用の円筒レンズに向けて分岐させる光分岐手段とを光軸方向において直線状に配設した本体部と、支持脚を具備して上記本体部をジンバル機構を介して揺動自在に吊下支持している支持体とからなり、投光レンズを経たレーザー光を水平ライン光生成用の円筒レンズに向けて分岐させる光分岐手段と、投光レンズを経たレーザー光を垂直ライン光生成用の円筒レンズに向けて分岐させる光分岐手段とは、ｓ偏光とｐ偏光に対する透過／反射率が異なる同一種で形成するとともに直線偏光であるレーザー光に対して向きを異ならせて配置して、各ライン光の光量をほぼ等しくしていることを特徴とするレーザー墨出し器。
光源は半導体レーザーであり、該光源から投光レンズを経て出力されるレーザー光はその楕円断面における長径方向が円筒レンズの軸と直交する方向において円筒レンズに入射していることを特徴とする請求項１記載のレーザー墨出し器。
レーザー光の楕円断面の長径方向を円筒レンズの軸と直交する方向に変換する光学部材を備えていることを特徴とする請求項２記載のレーザー墨出し器。
光源は半導体レーザーであり、該光源から出力される楕円断面のレーザー光を円形断面のレーザー光に変換するアナモフィック光学系を備えていることを特徴とする請求項請求項１記載のレーザー墨出し器。
鉛直上方に向けられたレーザー光を円筒レンズに向けて分岐させる光分岐手段は、円筒レンズへの入射光を所要の仰角を持つレーザー光として分岐させるものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザー墨出し器。
光分岐手段を直進透過したレーザー光を上記垂直ライン光に連続するライン光に変換する円筒レンズを備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のレーザー墨出し器。
光源と投光レンズとの間の光軸方向距離を調節する調節手段を備えていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のレーザー墨出し器。
光軸と直交する平面内での投光レンズの位置を調節する調節手段を備えていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のレーザー墨出し器。
円筒レンズは本体部に設けた位置決め凹所に納められて弾性部材で押し付け固定されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のレーザー墨出し器。