JP4074971B2 - Tilt-setting rotating laser device - Google Patents
Tilt-setting rotating laser device Download PDFInfo
- Publication number
- JP4074971B2 JP4074971B2 JP07166699A JP7166699A JP4074971B2 JP 4074971 B2 JP4074971 B2 JP 4074971B2 JP 07166699 A JP07166699 A JP 07166699A JP 7166699 A JP7166699 A JP 7166699A JP 4074971 B2 JP4074971 B2 JP 4074971B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pattern
- light
- tilt
- optical element
- inclination
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Lasers (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水平面に対して任意の傾斜角でレーザ光を投光することができるレーザ測量機の傾斜設定回転レーザー装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から、例えば、特開平6−26861号公報に記載されている様な回転レーザ装置が存在していた。この回転レーザ装置は、図12に示す様に、レーザ光を回転照射し、レーザ基準面を形成することができ、更に、レーザー基準面を傾斜することができる様に構成されている。
【0003】
即ち、ケーシング(5)の略中央には、レーザ光を発するレーザ投光器(10)があり、前記レーザ投光器(10)上には、回動走査部(13)が設けられている。この回動走査部(13)は、ギヤを介して、走査モータ(15)により水平方向に回転可能に構成されている。そして回動走査部(13)には、ペンタプリズム(18)が設けられており、回動走査部(13)の回転軸上に射出されたレーザ光を90度偏向し、レーザ基準面を形成する様になっている。
【0004】
レーザ投光器(10)と回動走査部(13)は、直交する2方向に傾斜可能に構成されており、レーザ投光器(10)には、2方向の傾斜を検出するための第1の傾斜センサ(20)及び第2の(21)とが設けられている。なお、第1の傾斜センサ(20)と第2の傾斜センサ(21)とは、直交する様に配置されている。
【0005】
更にレーザ投光器(10)には、傾斜可能に構成された第1の設定用傾斜センサ(65)と第2の設定用傾斜センサ(66)とが設けられている。なお、第1の設定用傾斜センサ(65)と第2の設定用傾斜センサ(66)の傾斜方向は、第1の傾斜センサ(20)と第2の傾斜センサ(21)の直交する2方向に一致しており、第1の設定用傾斜センサ(65)と第2の設定用傾斜センサ(66)の位置を基準に傾斜する様になっている。
【0006】
そして、第1の設定用傾斜センサ(65)と第2の設定用傾斜センサ(66)は、べ一スプレート上に設けられ、第1の任意角設定部(52)、第2の任意角設定部(53)(共に図示せず)により任意の角度に設定することができる。
【0007】
第1の任意角設定部(52)と第2の任意角設定部(53)とは、ギヤを介して第1の傾動モータ(58)、第21の傾動モータ(59)(共に図示せず)により作動される様に構成されている。
【0008】
ケーシング(5)には、第1の傾斜センサ(20)と第2の傾斜センサ(21)との方向が直交する様に、レーザ投光器(10)と回動走査部(13)とを、2方向に傾斜させるための第1の傾斜設定部(35)、第2の傾斜設定部(36)(共に図示せず)が設けられている。
【0009】
第1の傾斜設定部(35)と第2の傾斜設定部(36)とは、ギヤを介して、第1の傾斜調整モータ(31)及び第2の傾斜調整モータ(32)(共に図示せず)により作動される。
【0010】
レーザー投光器(10)から、これと直交する方向に向けて第1のアーム25と第2のアーム26(共に図示せず)とが、第1の傾斜設定部(35)、第2の傾斜設定部(36)に係合している。
【0011】
そして傾斜を設定する場合には、まず、基準位置を設定するためにレーザ基準面を水平に合致させる。なお、これらの傾動機構は、傾動手段に該当するものである。
【0012】
更に水平の設定は、第1の傾斜センサ(20)及び第2の傾斜センサ(21)の出力信号により検出する。この時、回動走査部(13)の回転軸は鉛直となり、第1の設定用傾斜センサ(65)と第2の設定用傾斜センサ(66)とは、水平の状態となっている。
【0013】
次に、入力手段から入力した傾斜角に基づき、第1の任意角設定部(52)と第2の任意角設定部(53)とを作動させ、第1の設定用傾斜センサ(65)と第2の設定用傾斜センサ(66)とを、所定の傾斜角に対してマイナスに傾斜させる。
【0014】
そして、第1の設定用傾斜センサ(65)と第2の設定用傾斜センサ(66)とを、マイナスに傾斜させた後、これらのセンサの出力信号が水平を指示するまで、第1の傾斜設定部(35)と第2の傾斜設定部(36)とを作動させ、レーザー投光器(10)及び回動走査部(13)とを傾斜させる。そして、第1の設定用傾斜センサ(65)と第2の設定用傾斜センサ(66)の出力信号が水平を指示すると傾斜設定作業は、完了する。
【0015】
図13は、装置を制御する制御ブロックを示す図である。
【0016】
第1の固定気泡管(20)と第1の任意角設定気泡管(65)の検出結果は、第1の切換え回路(85)を介して第1の角度検出回路(87)に入力され、第2の固定気泡管(21)と第2の任意角設定気泡管(66)の検出結果は、第2の切換え回路(86)を介して第2の角度検出回蕗(88)に入力される。
【0017】
なお、第1の角度検出回路(87)及び第2の角度検出回路(88)には、基準角度(91)、基準角度(92)が設定されている。基準角度(91)、基準角度(92)は、通常0である。
【0018】
第1の切換え回略(85)により、第1の角度検出回路(87)に第1の固定気泡管(20)からの信号が入力されると、第1の角度検出回路(87)は、基準角度(91)との偏差量を検出し、第1の角度検出回路(87)の信号は第1のモー夕制御器(89)に入力され、第1のモータ制御器(89)によって第1のレベル調整モータ(31)を駆動制御する様になっている。
【0019】
そして第1の切換え回路(85)により第1の角度検出回路(87)に、第1の固定気泡管(20)及び任意角設定気泡管(65)からの両信号が入力されると、第1の角度検出回路(87)は、その偏差量に対応した信号を出力し、この信号が第1の傾斜駆動回路(83)に入力され、この第1の傾斜駆動回路(83)によって第1の駆動モータ(58)が駆動制御される。又、第1の切換え回路(85)により、第1の角度検出回路(87)に第1の任意角設定気泡管(65)からの信号が入力されると、第1の角度検出回路(87)は、基準角度(91)との偏差量を検出し、第1の角度検出回路(87)の信号は第1のモータ制御部(89)に入力され、この第1のモータ制御器(89)によって第1のレベル調整モータ(31)を駆動制御する。
【0020】
また第2の角度検出回路(88)の信号は、第2のモータ制御器(90)に入力され、この第2のモータ制御器(90)によって、第2のレベル調整モータ(32)を駆動制御する。又、第2の角度検出回路(88)の信号及び第2の任意角設定器(82)からの信号が第2の傾斜駆動回路(84)に入力され、この第2の傾斜駆動回路(84)によって第2の駆動モータ(59)が駆動制御される。
【0021】
そして、第1の角度検出回路(87)と第2の角度検出回路(88)の角度偏差は、判別器(93)に入力され、この判別器(93)は、第1の角度検出回路(87)と第2の角度検出回路(88)の角度偏差のうち大きな方の角度偏差を選択し、この選択した角度偏差の変化に応じた出力を表示器駆動器(94)に出力し、表示器駆動器(94)は、表示器(95)に対して偏差の値に応じた表示をさせる様になっている。
【0022】
本実施例ではレーザ光により形成される基準平面は水平、或いは任意の角度に設定可能であり、先ず、水平基準面を形成するレーザ測量機の整準作動を説明する。
【0023】
本体部(4)が設置され無調整の状態では、レーザ投光器(10)の軸心は一般に鉛直線と合致せず、第1の固定気泡管(20)、第2の固定気泡管(21)は水平とはなっていない。
【0024】
第1の切換え回路(85)は、第1の固定気泡管(20)からの信号が、第1の角度検出回路(87)に入力される様にし、第2の切換え回路(86)は、第2の固定気泡管(21)からの信号が、第2の角度検出回路(88)に入力される様に構成されている。
【0025】
基準角度91が0とすると、第1の角度検出回路(87)からは角度偏差信号が出力され、基準角度92が0とすると、第2の角度検出回路(88)からは角度偏差信号が出力される。この角度偏差信号が出力されると、第1のモータ制御器(89)、第2のモータ制御器(90)は、このこの角度偏差信号が0となる様に、第1のレベル調整モータ(31)と第2のレベル調整モータ(32)を所要の方向に駆動する。
【0026】
【発明が解決しようとする課題】
回転レーザ装置が形成するレーザ平面は、基準面となるので高精度の傾斜精度が要求される。振子式傾斜検出装置は、ある程度広い範囲の傾斜角を検出できるが、機械可動部のあるので摩擦抵抗が影響し、数秒単位の角度を検出することは非常に困難である。
【0027】
従来から測量機の傾きを検出する素子として、図14に示す電気式気泡管10000が使用されていた。この気泡管10000は、内部に気泡5000を封入すると共に、電極6000、7000を形成し、静電容量を電気的に計測することにより、傾きを測定することができる。
【0028】
電気式気泡管10000は中空ガラス管から構成され、内部に液体と気泡5000を封入している。ガラス管の外側には電極6000、7000が構成され、機械的可動部はなく、気泡の移動による静電容量を精密に検出している。
【0029】
気泡管式で高精度の角度検出をする場合、ガラス管の曲率半径が大きいことが要求されるが、曲率半径が大きいものは検出転囲が小さい上、高価であるという問題点があった。
【0030】
更に、静電容量を検出するダイナミックレンジは狭く、検出範囲は略水平の範囲となり、傾斜を精度よく設定ためには、固定センサと設定用傾斜センサとが必要となるという問題点があった。更に、2方向の場合には、4本の傾斜センサが必要となる。
【0031】
更に任意角設定部は構造が複雑なことから、将来的な摩耗誤差、摩擦による可動誤差を起こす要因となるという深刻な問題点あった。
【0032】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題に鑑み案出されたもので、レーザー光を投光するためのレーザー投光器を備え、このレーザー投光器を少なくとも1方向に傾動可能にするための傾動手段と、傾斜検出手段とを備えた回転レーザー装置であって、傾斜検出手段は、光源と、該光源と前記液体部材の間に配設される暗視野パターンを備え、暗視野パターンは、互いに直交するX軸とY軸のそれぞれに平行で、等間隔の配列を有し、該配列の交点に矩形状の透過部を有しており、前記光源からの光を反射するための自由表面を有する液体部材と、前記暗視野パターンを通過し、前記液体部材の自由表面を反射した光を、パターンの像と共に、複数の方向に分割するための分割光学系と、この分割光学系から分割した一方の光をパターンの像のX方向或いはY方向の配列と平行な方向に集光させるための第1の光学素子と、前記分割光学系から分割した他方の光を、該第1の光学素子と異なる方向に集光させるための第2の光学素子と、前記第1の光学素子により集光された前記パターンの像を受光するための第1の受光素子と、前記第2の光学素子により集光された前記パターンの像を受光するための第2の受光素子と、この第1の受光素子と第2の受光素子との受光信号により、傾き角を演算するための演算処理手段を有し、この演算処理手段で演算された傾きに基づき、傾動手段を駆動して前記レーザー投光器の傾斜を設定することを特徴としている。
【0033】
また本発明の暗視野パターンが有する矩形状の透過部は、X軸に平行な第1方向或いはY軸に平行な第2方向と直交する方向に平行な辺の長さが、配列毎に等しくすることもできる。
【0034】
そして本発明の前記暗視野パターンは、透過部材で構成され、互いに直交するX軸とY軸のそれぞれに平行で、等間隔の配列を有し、該配列の交点に矩形状の遮光部を有する構成にすることもできる。
【0035】
更に、本発明の前記第1の光学素子及び前記第2の光学素子は、前記パターンの像を透過した光をX方向或いはY方向に集光する様に配置したシリンドリカルレンズとする構成にすることもできる。
【0036】
また本発明の前記配列が有するパターンは、前記第1の方向、前記第2の方向、のそれぞれが、少なくとも第1の周期で変調された第1パターンと、この第1のパターンと異なる第2の周期で変調された第2パターンとを有し、前記第1パターンと前記第2パターンとを等ピッチで順次配列されている構成にすることもできる。
【0037】
そして本発明の第1パターン及び第2パターンの変調は、線幅を変化させる空間変調により行われている構成にすることもできる。
【0039】
また本発明の第1の光学素子と第2の光学素子、及び、第1の受光素子と第2の受光素子に代えて、少なくとも1つのエリアセンサとする構成にすることもできる。
【0040】
そして本発明の第1の光学素子及び第2の光学素子は、集光する光学素子に代えて、発散する光学素子とする構成にすることもできる。
【0041】
【発明の実施の形態】
以上の様に構成された本発明は、レーザー光を投光するためのレーザー投光器を備え、このレーザー投光器を少なくとも1方向に傾動可能にするための傾動手段と、傾斜検出手段とを備えた回転レーザー装置であり、傾斜検出手段は、光源と、光源と液体部材の間に配設される暗視野パターンを備え、暗視野パターンは、互いに直交するX軸とY軸のそれぞれに平行で、等間隔の配列を有し、配列の交点に矩形状の透過部を有しており、自由表面を有する液体部材が、光源からの光を反射し、分割光学系が、暗視野パターンを通過し、液体部材の自由表面を反射した光を、パターンの像と共に、複数の方向に分割し、第1の光学素子が、分割光学系から分割した一方の光をパターンの像のX方向或いはY方向の配列と平行な方向に集光させ、第2の光学素子が、分割光学系から分割した他方の光を、第1の光学素子と異なる方向に集光させ、第1の受光素子が、第1の光学素子により集光されたパターンの像を受光し、第2の受光素子が、第2の光学素子により集光されたパターンの像を受光し、演算処理手段が、第1の受光素子と第2の受光素子との受光信号により、傾き角を演算し、演算処理手段で演算された傾きに基づき、傾動手段を駆動してレーザー投光器の傾斜を設定することができる。
【0042】
また本発明の暗視野パターンが有する矩形状の透過部は、X軸に平行な第1方向或いはY軸に平行な第2方向と直交する方向に平行な辺の長さが、配列毎に等しくすることもできる。
【0043】
そして本発明の前記暗視野パターンは、透過部材で構成され、互いに直交するX軸とY軸のそれぞれに平行で、等間隔の配列を有し、該配列の交点に矩形状の遮光部を有することもできる。
【0044】
更に、本発明の前記第1の光学素子及び前記第2の光学素子は、パターンの像を透過した光をX方向或いはY方向に集光する様に配置したシリンドリカルレンズとすることもできる。
【0045】
また本発明の配列が有するパターンは、第1の方向、第2の方向、のそれぞれが、少なくとも第1の周期で変調された第1パターンと、この第1のパターンと異なる第2の周期で変調された第2パターンとを有し、第1パターンと第2パターンとを等ピッチで順次配列することもできる。
【0046】
そして本発明の第1パターン及び第2パターンの変調は、線幅を変化させる空間変調にすることもできる。
【0048】
また本発明の第1の光学素子と第2の光学素子、及び、第1の受光素子と第2の受光素子に代えて、少なくとも1つのエリアセンサとすることもできる。
【0049】
そして本発明の第1の光学素子及び第2の光学素子は、集光する光学素子に代えて、発散する光学素子とすることもできる。
【0050】
【実施例】
【0051】
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【0052】
まず、本実施例の傾斜設定回転レーザー装置5000に使用される傾斜センサ1000を説明する。なお傾斜センサ1000は、傾斜検出手段に該当するものである。
【0053】
図1は、本第1実施例の傾斜センサ1000の光学的構成を示すもので、光源100と、コンデンサーレンズ200と、暗視野パターン300と、第1のパターンリレーレンズ410と、第1のハーフミラー510と、自由表面を有する液体部材600と、第2のパターンリレーレンズ420と、第2のハーフミラー520と、第1のシリンドリカルレンズ710と、第2のシリンドリカルレンズ720と、第1の受光素子810と、第2の受光素子820と、演算処理手段16とから構成されている。
【0054】
本第1実施例の光源100はLEDであるが、何れの光源を使用することができる。
【0055】
コンデンサーレンズ200は、光源100からの光を平行にするためのものであり、第1の光学系に該当するものである。
【0056】
暗視野パターン300は、第1の受光素子810と第2の受光素子820とにパターン像を形成するためのものである。暗視野パターン300は、パターンに該当するものである。
【0057】
図2は、本第1実施例の2次元に配列された暗視野パターン300を示すもので、黒マスク部に複数の透明なパターン部を形成して構成されている。なおパターンは、マスク部と透明を逆に構成してもよい。
【0058】
図3は、本第1実施例の暗視野パターン300の複数の透明なパターン部を拡大して示したものであり、X軸方向とY軸方向に直交する方向にパターン部が配置されている。即ち、本第1実施例の暗視野パターン300は、2軸方向(X軸方向とY軸方向)に絶対位置を示すアブソリュートパターンであり、X軸方向とY軸方向にクロスしたパターンとなっている。
【0059】
ここで、X軸方向の列をiとし(i=1〜N)、Y軸の行をjとし(j=1〜K)、特定のパターンをPij(i=1〜N、j=1〜K)と表すことにする。なお第3図の場合では、N=9、K=8である。
【0060】
そこで、第1行(J=1)について説明する。
【0061】
第1行のパターンは、第1のパターンAと第2のパターンBと第3のパターンCと第4のパターンRとが、等間隔(p)で繰り返し配置されている。即ち、4種のパターンを1組として各ブロックが連続して形成されており、最も左側に配置されたブロックを、1ブロックと定義し、R、A(1)、B(1)、C(1)と記載すれば、R、A(2)、B(2)、C(2)、R、A(3)、B(3)、C(3)・・・・・・・・と繰り返し配置されている。
【0062】
即ち、P11=R、P21=A1、P31=B1、P41=C1、P51=R、P61=A2、P71=B2、P81=C2、P91=R となる。
【0063】
次に、第1列(i=1)について説明する。
【0064】
第1列のパターンは、第1のパターンAと第2のパターンBと第3のパターンCと第4のパターンRとが、等間隔(p)で繰り返し配置されている。即り、4種のパターンを1組として各ブロックが連続して形成されており、最も上側に配置されたブロックを、1ブロックと定義し、R、A(1)、B(1)、C(1)と記載すれば、R、A(2)、B(2)、C(2)、R、A(3)、B(3)、C(3)・・・・・・・・と繰り返し配置されている。
【0065】
即ち、P11=R、P12=A1、P13=B1、P14=C1、P15=R、P16=A2、P17=B2、P18=C2 となる。
【0066】
第1のパターンリレーレンズ410は、暗視野パターン300を通過した光を、第1のハーフミラー510に導くものである。
【0067】
本第1実施例の第1のハーフミラー510は、半透過面511を備えたビームスプリッタである。第1のハーフミラー510に入射された光は、半透過面511を透過して上方に向かい、自由表面を有する液体部材600に入射する。そして、自由表面を有する液体部材600で反射された光は、第1のハーフミラー510の半透過面511を反射して、第2のパターンリレーレンズ420に向かう様になっている。
【0068】
なお、第1のハーフミラー510は、光源100からの反射光に対して傾斜する傾斜面512を有する構成となっている。
【0069】
これは、光源100から第1のハーフミラー510に入射された光は、半透過面511を透過して上方に向かうが、一部、半透過面511を反射する光がある。この反射光の一部は、第1のハーフミラー510の端面で反射された後、同一光路を反対方向に進むと、再び、半透過面511を透過し、第2のパターンリレーレンズ420に向かってしまう。
【0070】
この半透過面511を反射する反射光は、傾斜検出を阻害したり、誤差を生じさせる可能性がある。そこで、本第1実施例では、第1のハーフミラー510の端面を、光源100からの透過光に対して傾斜する傾斜面512とする様に構成されている。
【0071】
この結果、半透過面511で反射される光源100からの光は、傾斜面512で再び反射されるが、この再帰反射光は、同一光路を反対方向に進むことはないので、第2のパターンリレーレンズ420を介して、第1の受光素子810と第2の受光素子820とに入射されることはなく、高精度の測定を行うことができるという効果がある。
【0072】
なお、光源100と、この光源100からの光を反射させるための自由表面を有する液体部材600の表面とが、共役な関係に配置することもできる。
【0073】
この場合には、液体部材600の表面上での反射面積が最小となり、液体の表面張力による誤差を最小にすることができるという効果がある。更に、液体部材600の容積を少なくすることもできる。
【0074】
自由表面を有する液体部材600は、シリコンオイル等の適度の粘性を有する液体が充填されている。液体部材600は、自由表面を有するので、表面は必ず水平を保つ様になっている。
【0075】
更に本実施例の液体部材600は、第1のハーフミラー510と一体に構成することもできる。
【0076】
そして本実施例の第1のハーフミラー510は、液体部材600と接する面に反射防止膜を施すこともできる。
【0077】
また本実施例の液体部材600の屈折率と、第1のハーフミラー510の屈折率とは、近似の値とする構成にすることもできる。
【0078】
なお、第1のハーフミラー510は、ハーフミラーに該当するものである。
【0079】
第2のパターンリレーレンズ420は、自由表面を有する液体部材600で反射され、第1のハーフミラー510で反射された光を、第1の受光素子810と第2の受光素子820上に結像するためのものである。即ち、第2のパターンリレーレンズ420は、暗視野パターン300の像を第1の受光素子810と第2の受光素子820上に形成するためのものである。
【0080】
なお、第2のパターンリレーレンズ420は、第2の光学系に該当するものであり、第1の受光素子810と第2の受光素子820とから、第2のパターンリレーレンズ420の焦点距離f離れた位置に配置されている。
【0081】
第2のハーフミラー520は暗視野パターン300の像を、第1の受光素子810と、第2の受光素子820とに、分離するためのものである。
【0082】
第1のシリンドリカルレンズ710は、X軸方向に、暗視野パターン300の像を集光させるものである。なお、第1のシリンドリカルレンズ710は、第1の光学素子に該当するものである。
【0083】
例えば、第1行に対しては、P11=R、P21=A1、P31=B1、P41=C1、 P51=R、P61=A2、P71=B2、P81=C2、P91=R を図3の右隅の様に 集光させるものである。
【0084】
即ち、Pi1(i=1〜9)を右隅の様に集光させるものである。
【0085】
従って、X方向に全ての行で集光を実施することができる。
【0086】
よって、「Pi1(i=1〜9)の集光を、J=1〜8行まで実行する」ことになる。
【0087】
この結果、ピッチpでX方向に集光されたY方向の位置を示すアブソリュートパターンが右隅の様に形成される。
【0088】
第2のシリンドリカルレンズ720は、Y軸方向に、暗視野パターン300の像を集光させるものである。第2のシリンドリカルレンズ720は、第2の光学素子に該当するものである。
【0089】
従って、X方向と同様にY方向に全ての列で集光を実施することができる。
【0090】
第1の受光素子810と第2の受光素子820とは、本第1実施例では、CCD(電荷結合素子)リニアセンサが採用されている。
【0091】
演算処理手段16は、CPUを含む演算処理装置であり、全体の制御を司ると共に、暗視野パターン300のスリット像の位置を算出し、対応する傾き角を演算するためのものである。
【0092】
以上の様に構成された本第1実施例では、傾斜センサ1000が傾けば、液体部材600の自由表面は水平を保つので、傾斜角度に比例して、第1の受光素子810と第2の受光素子820上の暗視野パターン300の像が移動することになる。
【0093】
ここで傾斜センサ1000が角度θ傾いた場合には、図4に示す様に、液体部材600の屈折率をnとすると、自由表面からの反射光は2nθ傾くことになる。第1の受光素子810と第2の受光素子820であるリニアセンサ上の距離をLとすると、
【0094】
L=f*tan(2nθ) ・・・・・第1式
【0095】
となる。
【0096】
従って、暗視野パターン300の像の位置を、第1の受光素子810と第2の受光素子820で検出し、基準位置からの距離を求め、演算処理手段16が傾き角に変換すれば、傾斜センサ1000の傾きθを測定することができる。
【0097】
次に、演算処理手段16の傾き角の演算処理を詳細に説明する。
【0098】
傾き角については、特定のパターンの位置を基準として着目し、リニアセンサ上における検出されたパターンの位置との距離dLを測定すればよい。
【0099】
またピッチ間隔以下の距離に関しては、第1の受光素子810と第2の受光素子820の出力のフーリエ変換を行うことにより、リニアセンサ上のピッチ間隔に対する基準位置との位相差φを計算し、
【0100】
φ*p*m/(2π) ・・・・・・第2式
【0101】
を求めることにより、ピッチ間隔以下の距離を高精度に測定可能である。但し、mは倍率である。そして、上記特定パターンの距離から求めたピッチ間隔以上の距離と合わせることにより、全体の距離を演算することができる。
【0102】
まず説明を簡便化するために、暗視野パターン300に形成されたパターンを、図5に示す様に簡略化して説明する。なお、この説明では、理解を容易とするために、パターンCを省略して説明することにする。即ち、R、A(0)、B(0)、R、A(1)、B(1)、R、A(2)、B(2)、・・・・・・・・と繰り返し配置されている場合で以下説明する。
【0103】
暗視野パターン300に形成されたパターンは、図5に示す様に、第1のパターンAと第2のパターンBと第3のパターンRが等間隔(p)で繰り返し配置されている。即ち、3種のパターンを1組として各ブロックが連続して形成されており、最も左側に配置されたブロックを、0ブロックと定義し、R(0)、A(0)、B(0)と記載すれば、R(1)、A(1)、B(1)、R(2)、A(2)、B(2)、・・・・・・・・と繰り返し配置されている。なお、全てのパターンが等間隔pで繰り返されているので、この間隔に対応した信号を基準信号とする。
【0104】
そして例えば第3のパターンRは、黒幅50μmで固定幅となっており、第1のパターンAは、7ブロックで1周期となる様に黒部分の幅を変調しており、第2のパターンBは、5ブロックで1周期となる様に黒部分の幅を変調している。
【0105】
次に第1のパターンAは、7ブロックで1周期となる様に黒部分の幅を変調しているので、変調幅を20μm〜80μmとすれば、第1のパターンの幅DAは、 以下の式で与えられる。
【0106】
DA=50+30*SIN(2*π*X/7) ・・・第3式
【0107】
となる。但し、X=(0、1、2、3・・・・・・である)。
【0108】
同様に、第2のパターンBは、5ブロックで1周期となる様に黒部分の幅を変調しているので、第2のパターンの幅DBは、以下の式で 与えられる。
【0109】
DB=50+30*SIN(2*π*X/5) ・・・第4式
【0110】
となる。但し、X=(0、1、2、3・・・・・・である)。
【0111】
そして第1のパターンAと第2のパターンBとは、周期が僅かに異なっているため、両者の最小公倍数である距離で同様のパターンが現れる。本実施例では7ブロックと5ブロックの最小公倍数である35ブロックで同様のパターンが現れる。
【0112】
即ち、水平位置が含まれるブロックにおける第1のパターンAの位相番号を φA(0〜6)とし、水平位置における第2のパターンBの位相番号をφB(0〜4)とすれば、暗視野パターン300の位置Hは、
【0113】
φAとφBの組み合わせより、それぞれの位相番号が含まれるブロック番号
φAB より、
【0114】
H=φAB*p*m ・・・・第5式
【0115】
となる。
【0116】
次に、暗視野パターン300の位置算出方法を具体的に説明する。
【0117】
第1の受光素子810と第2の受光素子820の出力信号を、基準信号(等間隔ピッチpに相当する信号)の前後半ピッチ分の範囲内でパターンの幅を求める。更にこのパターンの幅を3つ毎に間引けば(プロダクト検波)、図6と図7に示す様に、第1のパターンAに相当する信号1と、第2のパターンBに相当する信号2と、第3のパターンRに相当する信号3とが得られる。しかしながら第3のパターンRは、幅が変調されていない上、第1のパターンAと第2のパターンBの最大変調幅が80μmに対して、第3のパターンRは50μmしかないので、第3のパターンRに相当する信号3は、幅は略一定であり、信号1や信号2に比較して約50%の値となる。
【0118】
そして、第3のパターンRと、第1のパターンAと、第2のパターンBとは、定められた順番に繰り返して配置されているので、間引かれた信号が、第3のパターンR、第1のパターンA、第2のパターンBの何れであるか、決定することができる。
【0119】
次にA、Bの信号から、傾斜読み取りの基準位置にリニアセンサ810、820のアドレス位置(第mビット目)を含む、A、Bの1組の信号を選択し、AとBの位相番号を求めれば、何れの位置の第1のパターンA、第2のパターンB、第3のパターンRの組合せであるかを求めることができる。
【0120】
ここで、A信号の位相番号をAmとし、B信号の位相番号をBmとし、AとBの位相番号の組み合わせより、R、A、Bが含まれるブロック番号φAB を求め ることができる。
【0121】
そして、基準位置(第mビット目)が含まれるパターンが、
【0122】
Rパターンの場合には・・・・・・3*p*φAB ・・・・第6式
【0123】
Aパターンの場合には・・・・・・p*(3*φAB+1) ・・・・第7式
【0124】
Bパターンの場合には・・・・・・p*(3*φAB+2) ・・・・第8式
【0125】
の様に求められる。なお、pはピッチである。
【0126】
そして第6式〜第8式の値と、第2式より得られた値を合わせることにより、暗視野パターン300の位置Hを求めることができる。
【0127】
なお、集光するシリンドリカルレンズに代えて、パターンを発散拡大するシリンドリカルレンズを用いても、同様に暗視野パターン300の位置を求めることが可能である。
【0128】
次に本実施例の演算処理手段16を図8に基づいて詳細に説明する。
【0129】
アンプ161は、セレクタ168により選択された第1の受光素子810又は第2の受光素子820からの電気信号を増幅するものであり、サンプルホールド162は、増幅された電気信号をクロックドライバ165からのタイミング信号でサンプルホールドするものである。A/D変換器163は、サンプルホールドされた電気信号をA/D変換するためのものである。そしてRAM164は、A/D変換されたデジタル信号を記憶するためのものである。またマイクロコンピュータ166は、各種演算処理を行うものである。
【0130】
ここでマイクロコンピュータ166が果たす機能を図9に基づいて説明すると、演算処理手段16は、基準信号形成部1661と、パターン信号形成部1662と、算出部1664とからなり、基準信号形成部1661は、第1の受光素子810と第2の受光素子820から得られた電気信号から、高速フーリエ変換により等間隔ピッチpに相当する基準信号を形成するものである。
【0131】
パターン信号形成部1662は、基準信号の前後半ピッチ分の範囲内で幅を求め、このパターン幅を3つ毎に間引く(プロダクト検波)ことにより、第1のパターン信号と第2のパターン信号を形成するものである。
【0132】
算出部1664は、第1のパターン信号と第2のパターン信号の位相番号から、基準位置が含まれるブロック番号を算出し、更に、ピッチ単位の位置を求め、高速フーリエ変換により得られたピッチ内の位相(第2式)との桁合わせを行い、高精度に暗視野パターン300の位置を求め、暗視野パターン300の移動量Hを求めるものである。
【0133】
そして表示器167は、算出部1664で算出された傾き角を表示するもので、液晶表示等の表示手段を採用してもよく、更に、外部記憶手段等に出力させる構成としてもよい。
【0134】
次に傾斜設定回転レーザー装置5000を説明するが、上記従来例と共通する構成の説明は省略することにする。
【0135】
図10に示す様に傾斜設定回転レーザー装置5000は、ケーシング5の略中央には、レーザ光を発するレーザ投光器10があり、レーザ投光器10上には、回動走査部13が設けられている。この回動走査部13は、ギヤを介して、走査モータ15により水平方向に回転可能に構成されている。そして回動走査部13には、ペンタプリズム18が設けられており、回動走査部13の回転軸上に射出されたレーザ光を90度偏向し、レーザ基準面を形成する様になっている。
【0136】
レーザ投光器10には、傾斜センサ1000が設けられており、傾斜センサ1000の検出する2方向は、レーザ投光器10と回動走査部13とが傾斜する直交2方向に一致している。
【0137】
本発明に用いる傾斜センサ1000は、本来位置誤差を検出するセンサであるが、出力値を角度に換算することで高精度に角度を検出することが可能となっている。本傾斜センサ1000は、傾斜を高精度に検出するための液面反射検出タイプの、しかもコードパターンを投影し検出するタイプを使用している。
【0138】
更に本実施例では、2方向の傾斜を同等に検出する様にパターンを工夫すると共に、読み取った信号にフーリエ変換(FFT)を使用することにより、形成されるパターン誤差に係らず高精度で傾斜を検出することが可能である。
【0139】
これらの構成により高精度で、ダイナミックレンジが広く、最大検出角度10度(22%)程度までの2方向の検出が可能となる。そして本実施例では、排水勾配、数%の道路勾配等の土木工事に用いるには十分な勾配である。
【0140】
傾斜設定回転レーザー装置5000に対して、本傾斜センサ1000を採用することにより、直接的に傾斜角度の設定が可能となる。
【0141】
従って、従来の第1の傾斜センサ(20)及び第2の傾斜センサ(21)、第1の設定用傾斜センサ(65)及び第2の設定用傾斜センサ(66)、第1の任意角設定部(52)、第2の任意角設定部(53)、第1の駆動モータ(58)及び第2の駆動モータ(59)を1つの傾斜センサに替えることが出来るという効果がある。
【0142】
次に傾斜センサ1000による制御を図11に基づいて説明する。
【0143】
傾斜検出手段である傾斜センサ1000で検出された出力信号は、傾斜演算処理部2000で処理され、傾斜角を算出する。
【0144】
制御部3000は、入力部3100から入力された設定傾斜角度と傾斜演算処理部2000からの傾斜角信号との差に相当する出力を、第1のモータ制御部4100と第2のモータ制御部4200に出力する様になっている。そして第1の傾斜調整モータ4300と第2の傾斜調整モータ4400とを駆動し、傾斜センサ1000からの出力信号と、入力部3100で入力された信号との差が0となった時、レーザ投光器10は所望の傾斜に設定されたことになる。
【0145】
そして表示駆動部4500には、表示部4600が接続されており、表示部4600には、入力角度又は勾配、及び現在の傾斜等が表示される様になっている。
【0146】
なお、この制御方法の実際の動作は2通りある。
【0147】
1つは、傾斜設定回転レーザー装置5000の現在の傾きから、直接、入力された傾斜に傾斜設定して所定の傾斜に設定した後、レーザ投光器10からレーザー光を照射して回動させ、レーザー基準面を形成するものである。
【0148】
そして、もう1つは、従来と同様に整準後入力された傾斜に傾斜設定するものである。
【0149】
なお、第1のモータ制御部4100は、上記従来技術の第1のモータ制御部(89)に相当するものであり、第2のモータ制御部4200は、上記従来技術の第2のモータ制御部(90)に相当するものである。
【0150】
そして、第1の傾斜調整モータ4300は、第1のレベル調整モータ(31)に相当するものであり、第2の傾斜調整モータ4400は、第2のレベル調整モータ(32)に相当するものである。
【0151】
また傾斜演算処理部2000は、上記実施例のマイクロコンピュータ166
である演算処理手段16と同等であり、傾斜演算処理部2000と制御部3000とを共通のハードウェアで実現することもできる。
【0152】
【効果】
以上の様に構成された本発明は、レーザー光を投光するためのレーザー投光器を備え、このレーザー投光器を少なくとも1方向に傾動可能にするための傾動手段と、傾斜検出手段とを備えた回転レーザー装置であって、傾斜検出手段は、光源と、該光源と前記液体部材の間に配設される暗視野パターンを備え、暗視野パターンは、互いに直交するX軸とY軸のそれぞれに平行で、等間隔の配列を有し、該配列の交点に矩形状の透過部を有しており、前記光源からの光を反射するための自由表面を有する液体部材と、前記暗視野パターンを通過し、前記液体部材の自由表面を反射した光を、パターンの像と共に、複数の方向に分割するための分割光学系と、この分割光学系から分割した一方の光をパターンの像のX方向或いはY方向の配列と平行な方向に集光させるための第1の光学素子と、前記分割光学系から分割した他方の光を、該第1の光学素子と異なる方向に集光させるための第2の光学素子と、前記第1の光学素子により集光された前記パターンの像を受光するための第1の受光素子と、前記第2の光学素子により集光された前記パターンの像を受光するための第2の受光素子と、この第1の受光素子と第2の受光素子との受光信号により、傾き角を演算するための演算処理手段を有し、この演算処理手段で演算された傾きに基づき、傾動手段を駆動して前記レーザー投光器の傾斜を設定する構成を有するので、機械的強度が高く、コンパクトな傾斜設定回転レーザー装置を提供することができるという効果がある。
【0153】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の傾斜センサ1000の構成を示す図である。
【図2】本実施例の暗視野パターン300を説明する図である。
【図3】本実施例の暗視野パターン300を説明する図である。
【図4】本実施例の流体部材を説明する図である。
【図5】測定の原理を説明する図である。
【図6】測定の原理を説明する図である。
【図7】測定の原理を説明する図である。
【図8】本実施例の演算処理手段の構成を示す図である。
【図9】本実施例の演算処理手段の構成を示す図である。
【図10】本実施例の傾斜設定回転レーザー装置5000を説明する図である。
【図11】本実施例の傾斜設定回転レーザー装置5000の電気的構成を説明する図である。
【図12】従来技術を説明する図である。
【図13】従来技術を説明する図である。
【図14】従来技術を説明する図である。
【符号の説明】
1000 傾斜センサ
5000 傾斜設定回転レーザー装置
5 ケーシング
10 レーザ投光器
13 回動走査部
15 モータ
18 ペンタプリズム
100 光源
200 コンデンサーレンズ
300 暗視野パターン
410 第1のパターンリレーレンズ
420 第2のパターンリレーレンズ
510 第1のハーフミラー
520 第2のハーフミラー
511 半透過面
512 傾斜面
600 自由表面を有する液体部材
710 第1のシリンドリカルレンズ
720 第2のシリンドリカルレンズ
810 第1の受光素子
820 第2の受光素子
16 演算処理手段
166 マイクロコンピュータ1
1661 基準信号形成部
1662 パターン信号形成部
1664 算出部
2000 傾斜演算処理部
3000 制御部
3100 入力部
4100 第1のモータ制御部
4200 第2のモータ制御部
4300 第1の傾斜調整モータ
4400 第2の傾斜調整モータ
4500 表示駆動部
4600 表示部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a tilt setting rotary laser device for a laser surveying instrument capable of projecting laser light at an arbitrary tilt angle with respect to a horizontal plane.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, for example, there has been a rotating laser device as described in JP-A-6-26861. As shown in FIG. 12, this rotary laser device is configured so that a laser reference surface can be formed by rotating and irradiating laser light, and further, the laser reference surface can be inclined.
[0003]
That is, a laser projector (10) that emits laser light is provided at the approximate center of the casing (5), and a rotation scanning unit (13) is provided on the laser projector (10). The rotation scanning unit (13) is configured to be rotatable in the horizontal direction by a scanning motor (15) via a gear. The rotation scanning unit (13) is provided with a pentaprism (18), which deflects the laser beam emitted on the rotation axis of the rotation scanning unit (13) by 90 degrees to form a laser reference plane. It is supposed to do.
[0004]
The laser projector (10) and the rotation scanning unit (13) are configured to be tiltable in two orthogonal directions, and the laser projector (10) includes a first tilt sensor for detecting tilt in two directions. (20) and second (21) are provided. In addition, the 1st inclination sensor (20) and the 2nd inclination sensor (21) are arrange | positioned so that it may orthogonally cross.
[0005]
Further, the laser projector (10) is provided with a first setting inclination sensor (65) and a second setting inclination sensor (66) configured to be tiltable. In addition, the inclination directions of the first setting inclination sensor (65) and the second setting inclination sensor (66) are two orthogonal directions of the first inclination sensor (20) and the second inclination sensor (21). Are inclined with reference to the positions of the first setting inclination sensor (65) and the second setting inclination sensor (66).
[0006]
The first setting inclination sensor (65) and the second setting inclination sensor (66) are provided on the base plate, and the first arbitrary angle setting section (52) and the second arbitrary angle are provided. An arbitrary angle can be set by a setting unit (53) (both not shown).
[0007]
The first arbitrary angle setting section (52) and the second arbitrary angle setting section (53) are connected to a first tilt motor (58) and a twenty-first tilt motor (59) (both not shown) via gears. ).
[0008]
In the casing (5), the laser projector (10) and the rotation scanning unit (13) are connected to 2 so that the directions of the first tilt sensor (20) and the second tilt sensor (21) are orthogonal to each other. A first inclination setting section (35) and a second inclination setting section (36) (both not shown) for inclining in the direction are provided.
[0009]
The first inclination setting section (35) and the second inclination setting section (36) are connected to the first inclination adjustment motor (31) and the second inclination adjustment motor (32) (both not shown) via gears. )).
[0010]
From the laser projector (10), the
[0011]
When the inclination is set, first, the laser reference plane is horizontally aligned to set the reference position. These tilting mechanisms correspond to tilting means.
[0012]
Further, the horizontal setting is detected by output signals of the first tilt sensor (20) and the second tilt sensor (21). At this time, the rotation axis of the rotation scanning unit (13) is vertical, and the first setting inclination sensor (65) and the second setting inclination sensor (66) are in a horizontal state.
[0013]
Next, the first arbitrary angle setting section (52) and the second arbitrary angle setting section (53) are operated based on the inclination angle input from the input means, and the first setting inclination sensor (65) is operated. The second setting tilt sensor (66) is tilted negatively with respect to a predetermined tilt angle.
[0014]
Then, after the first setting tilt sensor (65) and the second setting tilt sensor (66) are tilted negatively, the first tilt is continued until the output signals of these sensors indicate horizontal. A setting part (35) and a 2nd inclination setting part (36) are operated, and a laser projector (10) and a rotation scanning part (13) are inclined. When the output signals of the first setting inclination sensor (65) and the second setting inclination sensor (66) indicate horizontal, the inclination setting work is completed.
[0015]
FIG. 13 is a diagram illustrating a control block for controlling the apparatus.
[0016]
The detection results of the first fixed bubble tube (20) and the first arbitrary angle setting bubble tube (65) are input to the first angle detection circuit (87) via the first switching circuit (85), The detection results of the second fixed bubble tube (21) and the second arbitrary angle setting bubble tube (66) are input to the second angle detection circuit (88) via the second switching circuit (86). The
[0017]
In the first angle detection circuit (87) and the second angle detection circuit (88), the reference angle (91) and the reference angle (92) are set. The reference angle (91) and the reference angle (92) are normally zero.
[0018]
When a signal from the first fixed bubble tube (20) is input to the first angle detection circuit (87) by the first switching circuit (85), the first angle detection circuit (87) The amount of deviation from the reference angle (91) is detected, and the signal of the first angle detection circuit (87) is input to the first motor controller (89), and the first motor controller (89) One level adjustment motor (31) is driven and controlled.
[0019]
When both signals from the first fixed bubble tube (20) and the arbitrary angle setting bubble tube (65) are input to the first angle detection circuit (87) by the first switching circuit (85), The angle detection circuit (87) 1 outputs a signal corresponding to the deviation amount, and this signal is input to the first tilt drive circuit (83). The drive motor (58) is driven and controlled. Further, when a signal from the first arbitrary angle setting bubble tube (65) is input to the first angle detection circuit (87) by the first switching circuit (85), the first angle detection circuit (87). ) Detects the amount of deviation from the reference angle (91), and the signal of the first angle detection circuit (87) is input to the first motor controller (89), and this first motor controller (89) is detected. ) To drive and control the first level adjustment motor (31).
[0020]
The signal of the second angle detection circuit (88) is input to the second motor controller (90), and the second level controller motor (32) is driven by the second motor controller (90). Control. The signal from the second angle detection circuit (88) and the signal from the second arbitrary angle setting device (82) are input to the second inclination driving circuit (84), and the second inclination driving circuit (84). ) Controls the driving of the second drive motor (59).
[0021]
The angle deviation between the first angle detection circuit (87) and the second angle detection circuit (88) is input to the discriminator (93), and the discriminator (93) is connected to the first angle detection circuit ( 87) and the second angle detection circuit (88), the larger one is selected, and an output corresponding to the change in the selected angle deviation is output to the display driver (94) for display. The device driver (94) causes the display (95) to display according to the value of the deviation.
[0022]
In this embodiment, the reference plane formed by the laser beam can be set to be horizontal or an arbitrary angle. First, the leveling operation of the laser surveying instrument that forms the horizontal reference plane will be described.
[0023]
When the main body (4) is installed and is not adjusted, the axis of the laser projector (10) generally does not coincide with the vertical line, and the first fixed bubble tube (20) and the second fixed bubble tube (21). Is not level.
[0024]
The first switching circuit (85) allows the signal from the first fixed bubble tube (20) to be input to the first angle detection circuit (87), and the second switching circuit (86) A signal from the second fixed bubble tube (21) is configured to be input to the second angle detection circuit (88).
[0025]
When the
[0026]
[Problems to be solved by the invention]
Since the laser plane formed by the rotating laser device serves as a reference plane, high tilt accuracy is required. The pendulum type tilt detection device can detect tilt angles in a wide range to some extent. However, since there is a movable part of the machine, the frictional resistance is affected and it is very difficult to detect the angle in units of several seconds.
[0027]
Conventionally, an
[0028]
The
[0029]
When a highly accurate angle detection is performed with a bubble tube type, it is required that the radius of curvature of the glass tube is large, but there is a problem that a large radius of curvature has a small detection roll and is expensive.
[0030]
Furthermore, the dynamic range for detecting the capacitance is narrow, the detection range is a substantially horizontal range, and there is a problem that a fixed sensor and a setting inclination sensor are required to set the inclination with high accuracy. Furthermore, in the case of two directions, four tilt sensors are required.
[0031]
Furthermore, since the arbitrary angle setting portion has a complicated structure, it has a serious problem of causing a future wear error and a movable error due to friction.
[0032]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been devised in view of the above problems, and includes a laser projector for projecting laser light, and tilting means for tilting the laser projector in at least one direction, and tilt detection means. The tilt detection means includes a light source and a dark field pattern disposed between the light source and the liquid member, and the dark field pattern has X and Y axes orthogonal to each other. A liquid member having parallel arrays at equal intervals, rectangular transmission portions at intersections of the arrays, and a free surface for reflecting light from the light source; and the dark field A split optical system for splitting light that has passed through the pattern and reflected from the free surface of the liquid member in a plurality of directions together with the pattern image, and one light split from the split optical system X direction or Y direction A first optical element for condensing light in a direction parallel to the array, and a second optical element for condensing the other light divided from the divided optical system in a direction different from that of the first optical element A first light receiving element for receiving an image of the pattern condensed by the first optical element, and a first light receiving element for receiving the image of the pattern condensed by the second optical element. Two light receiving elements and an arithmetic processing means for calculating an inclination angle based on light reception signals of the first light receiving element and the second light receiving element, and based on the inclination calculated by the arithmetic processing means, The tilting means is driven to set the tilt of the laser projector.
[0033]
In addition, in the rectangular transmissive portion of the dark field pattern of the present invention, the lengths of the sides parallel to the first direction parallel to the X axis or the direction perpendicular to the second direction parallel to the Y axis are equal for each array. You can also
[0034]
The dark field pattern of the present invention is composed of a transmissive member, is parallel to each of the X axis and Y axis perpendicular to each other, has an equidistant arrangement, and has a rectangular light shielding portion at the intersection of the arrangement. It can also be configured.
[0035]
Furthermore, the first optical element and the second optical element of the present invention are configured as cylindrical lenses arranged so as to collect light transmitted through the pattern image in the X direction or the Y direction. You can also.
[0036]
The pattern of the array of the present invention includes a first pattern modulated in at least a first period in each of the first direction and the second direction, and a second pattern different from the first pattern. It is also possible to have a configuration in which the first pattern and the second pattern are sequentially arranged at an equal pitch.
[0037]
Further, the modulation of the first pattern and the second pattern of the present invention may be configured to be performed by spatial modulation that changes the line width.
[0039]
Moreover, it can replace with the 1st optical element and 2nd optical element of this invention, and the 1st light receiving element and the 2nd light receiving element, and can also be set as the structure which becomes at least 1 area sensor.
[0040]
The first optical element and the second optical element of the present invention may be configured to be a diverging optical element instead of the converging optical element.
[0041]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention configured as described above includes a laser projector for projecting a laser beam, and includes a tilting unit for tilting the laser projector in at least one direction, and a tilt detection unit. The tilt detection means includes a light source and a dark field pattern disposed between the light source and the liquid member, and the dark field pattern is parallel to each of the X axis and the Y axis orthogonal to each other, etc. A liquid member having a free surface that reflects the light from the light source, the splitting optical system passes through the dark field pattern, has an array of intervals, has a rectangular transmissive portion at the intersection of the arrays, The light reflected from the free surface of the liquid member is divided into a plurality of directions together with the pattern image, and the first optical element divides one light divided from the division optical system in the X direction or the Y direction of the pattern image. Focus in a direction parallel to the array, The second optical element condenses the other light split from the split optical system in a direction different from that of the first optical element, and the first light receiving element is an image of the pattern condensed by the first optical element. , The second light receiving element receives the image of the pattern collected by the second optical element, and the arithmetic processing means receives the light reception signals from the first light receiving element and the second light receiving element, The tilt angle is calculated, and the tilt of the laser projector can be set by driving the tilting means based on the tilt calculated by the calculation processing means.
[0042]
In addition, in the rectangular transmissive portion of the dark field pattern of the present invention, the lengths of the sides parallel to the first direction parallel to the X axis or the direction perpendicular to the second direction parallel to the Y axis are equal for each array. You can also
[0043]
The dark field pattern of the present invention is composed of a transmissive member, is parallel to each of the X axis and Y axis perpendicular to each other, has an equidistant arrangement, and has a rectangular light shielding portion at the intersection of the arrangement. You can also.
[0044]
Furthermore, the first optical element and the second optical element of the present invention may be a cylindrical lens arranged so as to collect light transmitted through the pattern image in the X direction or the Y direction.
[0045]
The pattern of the arrangement of the present invention includes a first pattern modulated in at least a first period and a second period different from the first pattern in each of the first direction and the second direction. It is also possible to have a modulated second pattern and to sequentially arrange the first pattern and the second pattern at an equal pitch.
[0046]
The modulation of the first pattern and the second pattern of the present invention can be spatial modulation that changes the line width.
[0048]
Further, instead of the first optical element and the second optical element, and the first light receiving element and the second light receiving element of the present invention, at least one area sensor may be used.
[0049]
The first optical element and the second optical element of the present invention may be diverging optical elements instead of condensing optical elements.
[0050]
【Example】
[0051]
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0052]
First, the
[0053]
FIG. 1 shows an optical configuration of the
[0054]
The light source 100 of the first embodiment is an LED, but any light source can be used.
[0055]
The condenser lens 200 is for collimating the light from the light source 100, and corresponds to the first optical system.
[0056]
The
[0057]
FIG. 2 shows a
[0058]
FIG. 3 is an enlarged view of a plurality of transparent pattern portions of the
[0059]
Here, the column in the X-axis direction is i (i = 1 to N), the Y-axis row is j (j = 1 to K), and a specific pattern is P ij (I = 1 to N, j = 1 to K). In the case of FIG. 3, N = 9 and K = 8.
[0060]
Therefore, the first row (J = 1) will be described.
[0061]
In the first row pattern, the first pattern A, the second pattern B, the third pattern C, and the fourth pattern R are repeatedly arranged at equal intervals (p). That is, each block is continuously formed with a set of four types of patterns. The leftmost block is defined as one block, and R, A (1), B (1), C ( 1), R, A (2), B (2), C (2), R, A (3), B (3), C (3) ... Has been placed.
[0062]
That is, P 11 = R, P 21 = A 1 , P 31 = B 1 , P 41 = C 1 , P 51 = R, P 61 = A 2 , P 71 = B 2 , P 81 = C 2 , P 91 = R.
[0063]
Next, the first column (i = 1) will be described.
[0064]
In the first row pattern, the first pattern A, the second pattern B, the third pattern C, and the fourth pattern R are repeatedly arranged at equal intervals (p). That is, each block is continuously formed with four patterns as one set, and the uppermost block is defined as one block, and R, A (1), B (1), C (1), R, A (2), B (2), C (2), R, A (3), B (3), C (3) ... It is arranged repeatedly.
[0065]
That is, P 11 = R, P 12 = A 1 , P 13 = B 1 , P 14 = C 1 , P 15 = R, P 16 = A 2 , P 17 = B 2 , P 18 = C 2 It becomes.
[0066]
The first pattern relay lens 410 guides the light that has passed through the
[0067]
The first half mirror 510 of the first embodiment is a beam splitter provided with a semi-transmissive surface 511. The light incident on the first half mirror 510 passes through the semi-transmissive surface 511, travels upward, and enters the
[0068]
The first half mirror 510 has an inclined surface 512 that is inclined with respect to the reflected light from the light source 100.
[0069]
This is because light incident on the first half mirror 510 from the light source 100 passes through the semi-transmissive surface 511 and travels upward, but there is light that partially reflects the semi-transmissive surface 511. A part of the reflected light is reflected by the end face of the first half mirror 510 and then travels in the opposite direction along the same optical path. The reflected light is again transmitted through the semi-transmissive surface 511 and directed toward the second pattern relay lens 420. End up.
[0070]
The reflected light reflected from the semi-transmissive surface 511 may obstruct inclination detection or cause an error. Therefore, in the first embodiment, the end surface of the first half mirror 510 is configured to be an inclined surface 512 that is inclined with respect to the transmitted light from the light source 100.
[0071]
As a result, the light from the light source 100 reflected by the semi-transmissive surface 511 is reflected again by the inclined surface 512, but the retroreflected light does not travel in the opposite direction on the same optical path, so the second pattern The light does not enter the first
[0072]
The light source 100 and the surface of the
[0073]
In this case, there is an effect that the reflection area on the surface of the
[0074]
The
[0075]
Furthermore, the
[0076]
The first half mirror 510 of the present embodiment can also be provided with an antireflection film on the surface in contact with the
[0077]
In addition, the refractive index of the
[0078]
The first half mirror 510 corresponds to a half mirror.
[0079]
The second pattern relay lens 420 forms an image of the light reflected by the
[0080]
The second pattern relay lens 420 corresponds to the second optical system, and the focal length f of the second pattern relay lens 420 from the first
[0081]
The second half mirror 520 is for separating the image of the
[0082]
The first cylindrical lens 710 collects an image of the
[0083]
For example, for the first row, P 11 = R, P 21 = A 1 , P 31 = B 1 , P 41 = C 1 , P 51 = R, P 61 = A 2 , P 71 = B 2 , P 81 = C 2 , P 91 = R is condensed as shown in the right corner of FIG.
[0084]
That is, P i1 (I = 1 to 9) is condensed like the right corner.
[0085]
Therefore, it is possible to collect light in all rows in the X direction.
[0086]
Therefore, “P i1 Condensation of (i = 1 to 9) is executed from J = 1 to 8 ”.
[0087]
As a result, an absolute pattern indicating the position in the Y direction collected in the X direction at the pitch p is formed like the right corner.
[0088]
The second cylindrical lens 720 collects the image of the
[0089]
Therefore, it is possible to collect light in all rows in the Y direction as in the X direction.
[0090]
In the first embodiment, the first
[0091]
The arithmetic processing means 16 is an arithmetic processing unit including a CPU, which controls the whole and calculates the position of the slit image of the
[0092]
In the first embodiment configured as described above, if the
[0093]
When the
[0094]
L = f * tan (2nθ) (1)
[0095]
It becomes.
[0096]
Therefore, if the position of the image of the
[0097]
Next, the tilt angle calculation process of the calculation processing means 16 will be described in detail.
[0098]
With regard to the inclination angle, the distance dL from the position of the detected pattern on the linear sensor may be measured by focusing on the position of the specific pattern.
[0099]
For the distance less than or equal to the pitch interval, the phase difference φ from the reference position with respect to the pitch interval on the linear sensor is calculated by performing Fourier transform of the outputs of the first
[0100]
φ * p * m / (2π) 2nd formula
[0101]
By obtaining this, it is possible to measure a distance equal to or less than the pitch interval with high accuracy. However, m is a magnification. The total distance can be calculated by combining it with a distance equal to or greater than the pitch interval obtained from the distance of the specific pattern.
[0102]
First, in order to simplify the description, the pattern formed in the
[0103]
In the pattern formed in the
[0104]
For example, the third pattern R has a black width of 50 μm and a fixed width, and the first pattern A modulates the width of the black portion so that one cycle is 7 blocks, and the second pattern R In B, the width of the black portion is modulated so that one cycle is formed by five blocks.
[0105]
Next, in the first pattern A, the width of the black portion is modulated so as to be one cycle in 7 blocks. Therefore, if the modulation width is set to 20 μm to 80 μm, the width D of the first pattern A Is given by
[0106]
D A = 50 + 30 * SIN (2 * π * X / 7) ... 3rd formula
[0107]
It becomes. However, X = (0, 1, 2, 3,...).
[0108]
Similarly, in the second pattern B, the width of the black portion is modulated so that one cycle is formed by 5 blocks, and therefore the width D of the second pattern B Is given by the following equation.
[0109]
D B = 50 + 30 * SIN (2 * π * X / 5) ... 4th formula
[0110]
It becomes. However, X = (0, 1, 2, 3,...).
[0111]
Since the first pattern A and the second pattern B are slightly different in period, the same pattern appears at a distance that is the least common multiple of both. In this embodiment, a similar pattern appears in 35 blocks, which is the least common multiple of 7 blocks and 5 blocks.
[0112]
That is, the phase number of the first pattern A in the block including the horizontal position is φ A (0-6) and the phase number of the second pattern B at the horizontal position is φ B If (0-4), the position H of the
[0113]
φ A And φ B Block number including each phase number from the combination of
φ AB Than,
[0114]
H = φ AB * P * m ... 5th formula
[0115]
It becomes.
[0116]
Next, a method for calculating the position of the
[0117]
The width of the pattern is determined within the range of the first and second half pitches of the reference signals (signals corresponding to the equally spaced pitch p) from the output signals of the first
[0118]
And since the 3rd pattern R, the 1st pattern A, and the 2nd pattern B are repeatedly arrange | positioned in the defined order, the thinned-out signal is the 3rd pattern R, It can be determined whether the pattern is the first pattern A or the second pattern B.
[0119]
Next, from A and B signals, one set of signals A and B including the address position (m-th bit) of
[0120]
Here, the phase number of the A signal is Am, the phase number of the B signal is Bm, and the block number φ including R, A, and B is determined from the combination of the phase numbers of A and B. AB Can be requested.
[0121]
A pattern including the reference position (the m-th bit) is
[0122]
In case of R pattern ... 3 * p * φ AB .... Sixth formula
[0123]
In the case of A pattern ... p * (3 * φ AB +1) ... 7th formula
[0124]
In the case of the B pattern ... p * (3 * φ AB +2) ... 8th formula
[0125]
Is required. Note that p is a pitch.
[0126]
The position H of the
[0127]
Note that the position of the
[0128]
Next, the arithmetic processing means 16 of the present embodiment will be described in detail with reference to FIG.
[0129]
The
[0130]
Here, the functions performed by the
[0131]
The pattern
[0132]
The
[0133]
The
[0134]
Next, the tilt setting
[0135]
As shown in FIG. 10, the tilt setting
[0136]
The
[0137]
The
[0138]
Furthermore, in this embodiment, the pattern is devised so as to detect the tilt in two directions equally, and the read signal is subjected to Fourier transform (FFT) so that the tilt can be performed with high accuracy regardless of the pattern error to be formed. Can be detected.
[0139]
With these configurations, it is possible to detect in two directions with a high accuracy, a wide dynamic range, and a maximum detection angle of about 10 degrees (22%). In this embodiment, the slope is sufficient for use in civil works such as a drainage slope and a road slope of several percent.
[0140]
By adopting the
[0141]
Accordingly, the conventional first tilt sensor (20) and second tilt sensor (21), first setting tilt sensor (65), second setting tilt sensor (66), and first arbitrary angle setting. The unit (52), the second arbitrary angle setting unit (53), the first drive motor (58), and the second drive motor (59) can be replaced with one tilt sensor.
[0142]
Next, control by the
[0143]
The output signal detected by the
[0144]
The
[0145]
A
[0146]
There are two actual operations of this control method.
[0147]
One is to set the tilt to the input tilt directly from the current tilt of the tilt setting
[0148]
The other is to set the inclination to the input inclination after leveling as in the conventional case.
[0149]
The first
[0150]
The first
[0151]
Further, the inclination
The inclination
[0152]
【effect】
The present invention configured as described above includes a laser projector for projecting a laser beam, and includes a tilting unit for tilting the laser projector in at least one direction, and a tilt detection unit. In the laser apparatus, the tilt detection unit includes a light source and a dark field pattern disposed between the light source and the liquid member, and the dark field pattern is parallel to each of the X axis and the Y axis orthogonal to each other. A liquid member having a free surface for reflecting light from the light source, and having a rectangular transmissive portion at the intersection of the array, and passing through the dark field pattern And a splitting optical system for splitting the light reflected from the free surface of the liquid member together with the pattern image in a plurality of directions and one light split from the splitting optical system in the X direction of the pattern image or Y-direction array and flat A first optical element for condensing light in a different direction, a second optical element for condensing the other light divided from the divided optical system in a direction different from the first optical element, A first light receiving element for receiving the image of the pattern condensed by the first optical element, and a second light receiving for receiving the image of the pattern condensed by the second optical element. And an arithmetic processing means for calculating an inclination angle based on the light receiving signals of the first light receiving element and the second light receiving element. Based on the inclination calculated by the arithmetic processing means, the tilting means Since it has the structure which drives and sets the inclination of the said laser projector, there exists an effect that mechanical strength is high and can provide a compact inclination setting rotation laser apparatus.
[0153]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a
FIG. 2 is a diagram illustrating a
FIG. 3 is a diagram illustrating a
FIG. 4 is a diagram illustrating a fluid member according to the present embodiment.
FIG. 5 is a diagram illustrating the principle of measurement.
FIG. 6 is a diagram illustrating the principle of measurement.
FIG. 7 is a diagram illustrating the principle of measurement.
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of arithmetic processing means of the present embodiment.
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of arithmetic processing means of the present embodiment.
FIG. 10 is a diagram illustrating a tilt setting
FIG. 11 is a diagram illustrating an electrical configuration of a tilt setting
FIG. 12 is a diagram illustrating a conventional technique.
FIG. 13 is a diagram illustrating a conventional technique.
FIG. 14 is a diagram illustrating a conventional technique.
[Explanation of symbols]
1000 Tilt sensor
5,000 Tilt setting rotating laser device
5 Casing
10 Laser projector
13 Rotating scanning unit
15 motor
18 Penta prism
100 light sources
200 condenser lens
300 Dark field pattern
410 First pattern relay lens
420 Second pattern relay lens
510 first half mirror
520 second half mirror
511 translucent surface
512 inclined surface
600 Liquid member having a free surface
710 First cylindrical lens
720 Second cylindrical lens
810 First light receiving element
820 Second light receiving element
16 Arithmetic processing means
166
1661 Reference signal forming section
1662 pattern signal forming section
1664 calculation unit
2000 Inclination processing unit
3000 control unit
3100 Input section
4100 First motor control unit
4200 Second motor control unit
4300 First tilt adjustment motor
4400 Second tilt adjustment motor
4500 Display driver
4600 display
Claims (8)
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07166699A JP4074971B2 (en) | 1999-03-17 | 1999-03-17 | Tilt-setting rotating laser device |
| US09/373,316 US6473714B1 (en) | 1998-09-29 | 1999-08-12 | Inclination measuring apparatus |
| DE69925688T DE69925688T2 (en) | 1998-09-29 | 1999-08-27 | Laser surveying instrument |
| EP99116733A EP0989387B1 (en) | 1998-09-29 | 1999-08-27 | Laser surveying instrument |
| CN99121064.6A CN1250870A (en) | 1998-09-29 | 1999-09-28 | Arrangement for measuring position, and rotating laser device for setting inclination |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07166699A JP4074971B2 (en) | 1999-03-17 | 1999-03-17 | Tilt-setting rotating laser device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000266545A JP2000266545A (en) | 2000-09-29 |
| JP4074971B2 true JP4074971B2 (en) | 2008-04-16 |
Family
ID=13467162
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07166699A Expired - Fee Related JP4074971B2 (en) | 1998-09-29 | 1999-03-17 | Tilt-setting rotating laser device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4074971B2 (en) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3510215B2 (en) | 2001-03-16 | 2004-03-22 | ライン精機株式会社 | Tilt angle detecting device and tilt angle measuring method in one-dimensional measuring direction |
| JP6411191B2 (en) | 2014-11-27 | 2018-10-24 | 株式会社トプコン | Tilt detection device and rotating laser device |
| JP2016109602A (en) | 2014-12-09 | 2016-06-20 | 株式会社トプコン | Inclination detector |
| JP6650726B2 (en) | 2015-10-20 | 2020-02-19 | 株式会社トプコン | measuring device |
| JP6650727B2 (en) | 2015-10-20 | 2020-02-19 | 株式会社トプコン | Tilt angle measuring device |
-
1999
- 1999-03-17 JP JP07166699A patent/JP4074971B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000266545A (en) | 2000-09-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3119715B2 (en) | Two-axis tilt measuring device | |
| JP3673954B2 (en) | Tilt sensor and surveying instrument using the same | |
| EP1772703B1 (en) | Position detecting device and inclination sensor device of surveying apparatus using the same, and position measuring method | |
| EP0661520A1 (en) | Laser surveying system | |
| JP3787736B2 (en) | Tilt sensor | |
| US6473714B1 (en) | Inclination measuring apparatus | |
| JP4074971B2 (en) | Tilt-setting rotating laser device | |
| JPS5829844B2 (en) | Angle measuring device with telescope | |
| US20200378803A1 (en) | Optical encoder | |
| JPH0345322B2 (en) | ||
| US3496364A (en) | Linear encoder having a fringe pattern produced by optical imaging | |
| JP6571733B2 (en) | Angle measuring device for specifying rotation angle | |
| CN1072354C (en) | Light beam direction micro drift detection system | |
| JP4243695B2 (en) | Position measuring device and surveying instrument using the same | |
| US3554653A (en) | Autocollimator | |
| EP1245925B1 (en) | Tilt detecting device | |
| US3433571A (en) | Focal plane micrometer for reading the scales of engineering instruments | |
| JP2645727B2 (en) | Tilt angle measuring device | |
| JPH0718791B2 (en) | Differential refractometer | |
| JPH1019566A (en) | Optical inclinometer | |
| SU1523907A1 (en) | Spherometer | |
| JPH047810B2 (en) | ||
| JPH02124410A (en) | Measuring apparatus of inclining amount | |
| UA63575A (en) | Device for observing stars in zenith | |
| JPH08278316A (en) | Atomic force microscope |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060303 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070710 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070907 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20071009 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20071207 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080115 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080117 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4074971 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110208 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120208 Year of fee payment: 4 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120208 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130208 Year of fee payment: 5 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140208 Year of fee payment: 6 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |