JPH08240429A

JPH08240429A - ビーム投射装置

Info

Publication number: JPH08240429A
Application number: JP7043073A
Authority: JP
Inventors: Tsunehiko Sonoda; 恒彦園田; Koichi Maruyama; 晃一丸山; Masahiro Ono; 政博大野
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1995-03-02
Filing date: 1995-03-02
Publication date: 1996-09-17

Abstract

(57)【要約】【目的】所要の距離におけるフォーカシングを簡便に
行い得、しかも光軸のずれが生じにくい小型の光学系を
備えたビーム投射装置を提供すること。【構成】半導体レーザ２３からの光束をペンタプリズ
ム３５で反射させ、ほぼ平行光束のビームとして投射す
るレーザ測量装置１１であって、半導体レーザ２３から
の光束をほぼ平行光束に変換するコリメートレンズ２
４；このコリメートレンズ２４とペンタプリズム３５の
間の光路において、このコリメートレンズ２４側に位置
する負のパワーを持つ第１レンズ群３１と、ペンタプリ
ズム３５側に位置する正のパワーを持つ第２レンズ群３
２とを備え、半導体レーザ２３からの光束のビーム径を
拡大してペンタプリズム３５に与えるビームエキスパン
ダＢ；及び、このビームエキスパンダＢの第１レンズ群
３１と第２レンズ群３２の相対位置を、投射レーザ光束
のビームウエスト位置を変化させるべく調整する調整手
段を備えたレーザ測量装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、投射されるほぼ平行光
束のビームによって測距、測角或は基準平面を形成する
ビーム投射装置に関する。

【０００２】

【従来技術及びその問題点】土木建築の分野では、回転
する投光部から装置本体周囲の測量対象物に向けレーザ
光を走査してレーザ光による基準平面を形成するレーザ
測量装置（所謂レーザプレーナ）を用い、測量対象物上
に到達したレーザ光のスポットの高さを計測することに
より基準出しや高さ計測が行われている。このレーザ測
量装置は、例えば、0.5 〜1.5 ｍの近距離から100 〜20
0 ｍの遠距離までの広範囲において使用される。また、
このようなレーザ測量装置では従来、光源としてヘリウ
ムネオンレーザ（He-Ne レーザ）を用いていたが、近
年、ヘリウムネオンレーザに代えて半導体レーザ（Ｌ
Ｄ）を用いた装置が知られるようになった。

【０００３】このようなレーザ測量装置は、広い温度域
で使用されることが多く、光源である半導体レーザの発
振波長が温度変化によって変動する。その場合に、レン
ズを通して射出されるレーザ光束が色収差を持つため、
色収差によるビームウエスト位置の移動をフォーカシン
グによって補正する必要が生じる。従って、野外等で十
分に活用できるレーザ測量装置とするためには、射出レ
ーザ光束のフォーカシングが簡便に行なえる構造が必要
である。

【０００４】従来、半導体レーザからのレーザ光束を、
集光レンズで収束させた後プリズムで反射して対物レン
ズに入射し、この対物レンズを光軸方向に進退させるこ
とにより射出レーザ光束をフォーカシングするレーザ測
量機が提案されてはいるが（特開平5-322564号）、この
ような構造では、半導体レーザからのレーザ光束の光路
内にプリズムが位置するため、集光レンズとフォーカシ
ングで移動する対物レンズとの光軸の一致が難しい。

【０００５】また、光束の集光性能は回折によって決ま
るため、上記レーザ測量機を遠距離まで使用可能な装置
とするには、対物レンズの開口を大きくし、要請される
到達距離に応じて太い光束を射出できるように構成せざ
るを得ない。しかしながら、このように構成すると、大
径の対物レンズを進退させるためのフォーカシング駆動
系の負荷が大きくなり、出力の大きなモータ等が必要と
なってしまう。

【０００６】

【発明の目的】本発明は、従来のレーザ測量装置におけ
る上記問題点に基づき成されたもので、所要の距離にお
けるフォーカシングを簡便に行い得、しかもこのフォー
カシングを光軸のずれが生じにくい小型の光学系で行い
得るビーム投射装置を提供することを目的とする。また
本発明は、例えばフォーカシングをモータ等の駆動系で
行う場合に、この駆動系の出力を小さくすることが可能
なビーム投射装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【発明の概要】上記目的を達成するための本発明は、光
源からの光束を反射手段で反射させ、ほぼ平行光束のビ
ームとして投射するビーム投射装置であって、上記光源
からの光束をほぼ平行光束に変換するコリメートレン
ズ；このコリメートレンズと反射手段の間の光路におい
て、このコリメートレンズ側に位置する負のパワーを持
つ第１レンズ群と、反射手段側に位置する正のパワーを
持つ第２レンズ群とを備え、上記光源からの光束のビー
ム径を拡大して上記反射手段に与えるビーム径変換光学
系；及び、このビーム径変換光学系の上記第１レンズ群
と第２レンズ群の相対位置を、投射ビームのビームウエ
スト位置を変化させるべく調整する調整手段；を備えて
いることを特徴としている。

【０００８】上記構成によれば、ビームウエスト位置を
調整するためのフォーカシングを簡便に行い得るビーム
投射装置を得ることができ、しかもフォーカシングに係
る光学系を、第１と第２レンズ群間に反射部材がなく、
両レンズ群の相対位置を同一光路内で変えられるストレ
ートで小さな光学系として構成することができる。

【０００９】また、第２レンズ群をコリメートレンズと
反射手段間の光路に固定し、第１レンズ群を該第２レン
ズ群に対して進退可能に設けると、例えば第１レンズ群
を第２レンズ群に対して進退させるための駆動系の負荷
を小さくすることが可能となる。

【００１０】

【発明の実施例】以下図示実施例に基づいて本発明を説
明する。図１は、本発明を適用したレーザ測量装置（ビ
ーム投射装置）の全体を示す断面図である。このレーザ
測量装置１１は、略円筒状のハウジング１２と、該ハウ
ジング１２の内方に設けられた投光装置１３とを有して
いる。ハウジング１２の上方には、投光装置１３上部の
回転投光部１５を囲繞する円筒状の透明部材１６が固定
され、下方には、レーザ測量装置１１の駆動用バッテリ
（図示せず）を収納するバッテリケース１７が固定され
ている。

【００１１】ハウジング１２は、上部中央に略円錐状の
摺動案内部１９を有し、下部中央に円孔１２ａを有して
いる。この円孔１２ａは、バッテリケース１７の中央部
に形成した円孔１７ａと合致された状態において、上方
からのレーザ光束をレーザ測量装置１１の下方外方に射
出させる。また摺動案内部１９は、略円錐状の底部に摺
動孔１９ａを有している。この摺動孔１９ａの先端部が
なす内径は、後述する膨出部２１の球面部の外径より小
さく設定されている。

【００１２】投光装置１３は、上下方向に沿う中空部を
有する中空部材２０と、この中空部材２０の上方に、ベ
アリング１０を介して回転自在に支持された回転投光部
１５とを有している。中空部材２０が有する膨出部２１
は、摺動孔１９ａにその球面部を当接させた状態で、回
転投光部１５（投光装置１３）を回転軸ａ回りの全ての
方向に傾け、投光レーザ光束Ｌ₃ によって形成される基
準平面を水平面に対して自由に調整できるように支持さ
れている。

【００１３】中空部材２０は、その内方に、互いに直交
するレーザ光光路２０ａ、２０ｂを有している。このレ
ーザ光光路２０ａには、可視レーザ光束を発する半導体
レーザ２３と、この半導体レーザ２３からの光束を断面
楕円状の平行光束に変換するコリメートレンズ２４とが
設けられている。このコリメートレンズ２４は、便宜上
あたかも１枚のレンズからなるように図示しているが、
実際には複数枚のレンズから構成されている（図４参
照）。

【００１４】回転投光部１５の回転軸ａの延長上に位置
するレーザ光光路２０ｂには、コリメートレンズ２４か
らのレーザ光束を受ける偏光ビームスプリッタ２７が設
けられている。この偏光ビームスプリッタ２７は、図２
に示すように、偏光分離面２７ａと１／４λ板２８とを
有し、この１／４λ板２８は、入射光の偏光方向に対し
その軸方位が４５゜方向に向くように貼着されている。
また１／４λ板２８は上面に、レーザ光束を所定割合で
ペンタプリズム３５に向けて透過しかつ残りのレーザ光
束を偏光ビームスプリッタ２７に向けて反射する、反射
率１０〜２０％程度の半透膜２８ａを有している。偏光
ビームスプリッタ２７の下方には、ウェッジプリズム２
９ａ、２９ｂが設けられている。

【００１５】回転投光部１５は、図１に示すように、レ
ーザ光光路２０ｂと合致して該レーザ光光路２０ｂに連
続するレーザ光光路１５ａと、このレーザ光光路１５ａ
に連続する該レーザ光光路１５ａより大径の収納部１５
ｂとを有している。該収納部１５ｂの側壁には、内方に
収納したペンタプリズム３５で反射して偏向されたレー
ザ光束を装置外方に投光するための投光用窓３３が形成
されている。また、収納部１５ｂの上方は開放され、レ
ーザ光光路１５ａの光軸ａが、透明部材１６の上部中央
の円孔１６ａに嵌込まれた透光部材３６の中心に一致さ
れている。

【００１６】ペンタプリズム３５は、回転投光部１５
に、該投光部１５と一体に回転するように固定されてい
る。このペンタプリズム３５は、レーザ光束が入射する
光入射面３５ｃと、この光入射面３５ｃとで所定角度を
なす、所要の反射率の半透膜１４を備えた第１反射面３
５ａとを有している。ペンタプリズム３５はまた、第１
反射面３５ａで反射したレーザ光束を回転軸ａと直交す
る方向に向けて反射する第２反射面３５ｂと、この第２
反射面３５ｂで反射したレーザ光束を射出する、光入射
面３５ｃとで９０゜をなす光射出面３５ｄとを有してい
る。第２反射面３５ｂには、増反射膜がアルミニューム
蒸着等により形成されている。また第１反射面３５ａに
は、半透膜１４を挟んで楔型プリズム３４が貼着されて
いる。該楔型プリズム３４は斜辺を第１反射面３５ａに
貼着された状態で、図１上部に位置する射出面３４ａを
ペンタプリズム３５の光入射面３５ｃと平行させてい
る。

【００１７】中空部材２０は、図１の右方に延出する駆
動用アーム３７と、この駆動用アーム３７に対して紙面
奥方向に直交する駆動用アーム３９（図３）とを一体に
有している。駆動用アーム３７、３９は膨出部２１の最
上部から下方に傾斜させて形成され、それぞれの先端部
に、膨出部２１の球心と一致させて取付けられたローラ
４０、４１を有している。

【００１８】ハウジング１２の内壁には、このハウジン
グ１２の内周に向けて突出させた、支持孔４２ａを有す
るブラケット４２が設けられている。また上壁１２ｂの
支持孔４２ａと対向する位置には、支持孔４３が形成さ
れている。該支持孔４２ａと４３には、調整用スクリュ
ー４５両端の軸部が回転自在に嵌合されている。またブ
ラケット４２には、第１レベル調整用モータ４４が固定
され、このモータ４４の回転軸に固定したピニオン４９
は、スクリュー４５の下端部に固定した伝達ギヤ５０と
噛み合っている。このスクリュー４５には、該スクリュ
ー４５とで送りねじ機構を構成する、ハウジング１２に
対する相対回転を規制された調整用ナット４６が螺合さ
れている。上記ローラ４０に、該ナット４６の外周に固
定された作動ピン４７が上方から当接されている。

【００１９】図３に示すように、ハウジング１２の内壁
には、内周に向けて突出させたブラケット７８が設けら
れている。このブラケット７８に形成されたギヤ支持孔
（図示せず）と、上壁１２ｂの該ギヤ支持孔と対向する
位置に形成されたギヤ支持孔（図示せず）には、調整用
スクリュー７９両端の軸部が回転自在に嵌合されてい
る。また、ブラケット７８に固定された第２レベル調整
用モータ７５の回転軸に固定されたピニオン７６は、ス
クリュー７９の下端部に固定した伝達ギヤ７７と噛み合
っている。このスクリュー７９には、該スクリュー７９
とで送りねじ機構を構成する、ハウジング１２に対する
相対回転を規制された調整用ナット８０が螺合されてい
る。上記ローラ４１に、このナット８０の外周に固定さ
れた作動ピン８１が上方から当接されている。

【００２０】ハウジング１２は内壁に、互いに直交する
駆動用アーム３７と３９とでなす角を二等分する方向に
設けた支持突起５１を有している。中空部材２０は、支
持突起５１と中空部材２０間に設けられた引張りばね５
２によりそれぞれ同等の力で上方に付勢されたローラ４
０、４１を、作動ピン４７、８１にその下方から弾接さ
せている。つまり中空部材２０は、その下部を、膨出部
２１が摺動孔１９ａにより支持された状態で支持突起５
１に向け付勢されるため、マイクロコンピュータ（以後
マイコンと称する）８２の信号に基づき駆動するモータ
４４、７５によって昇降される作動ピン４７、８１によ
り、水平方向での回動位置を調整可能とされている。ま
た中空部材２０の下部には、アーム３７、３９とそれぞ
れ反対方向に突出させたブラケット７０、７１が設けら
れ、該両ブラケット７０、７１にはそれぞれ、レベル検
知センサ７２、７３が取付けられている。該センサ７
２、７３による検知信号はマイコン８２に送られる。

【００２１】また中空部材２０の最上部には、外方に向
けて突出させたブラケット６５が設けられている。この
ブラケット６５に、回転用モータ６６が固定されてお
り、このモータ６６の回転軸に固定されたピニオン６７
が、回転投光部１５の外周に固定された伝達ギヤ６９と
噛み合っている。従って、マイコン８２の信号に基づき
モータ６６を回転駆動すると、ピニオン６７、伝達ギヤ
６９を介して回転投光部１５が中空部材２０に対して相
対回転される。さらに、この中空部材２０の最上部のブ
ラケット６５と反対側には、回転検知センサ８３が上方
に向けて設けられている。この回転検知センサ８３は、
上方即ち伝達ギヤ６９の裏面に設けた所定のパターン
（図示せず）に光束を照射し、その反射光を受光した後
信号としてマイコン８２に送る。マイコン８２は、この
受光信号の入力に基づいて回転投光部１５の回転角を演
算する。

【００２２】他方、レーザ光光路２０ｂ内の偏光ビーム
スプリッタ２７の上方には、負のパワーを持つ第１レン
ズ群３１と、正のパワーを持つ第２レンズ群３２とが設
けられている。この第２レンズ群３２は、レーザ光光路
２０ｂのペンタプリズム３５側に固定されている。また
第１レンズ群３１は、該光路２０ｂ内で光軸方向に進退
可能な円筒部材３０に支持されて、第２レンズ群３２に
対し進退可能に構成されている。これら第１、第２レン
ズ群３１、３２により、ビームエキスパンダ（ビーム径
変換光学系）Ｂが構成されている。

【００２３】中空部材２０の下部には、外方に向け突出
させたブラケット５３が設けられ、このブラケット５３
の上部には、該ブラケット５３と対向するブラケット５
５が形成されている。これらブラケット５３、５５に
は、それぞれに対向するギヤ支持孔５３ａ、５５ａが形
成され、両ギヤ支持孔５３ａ、５５ａには、レンズ移動
スクリュー５６両端の軸部が回転自在に嵌合されてい
る。また、ブラケット５３に固定したレンズ移動モータ
５９の回転軸に固定したピニオン６０は、スクリュー５
６の下端部に固定した伝達ギヤ６１と噛み合っている。
このスクリュー５６には、該スクリュー５６とで送りね
じ機構を構成するレンズ移動ナット５７が螺合されてい
る。また、中空部材２０の上記円筒部材３０と対応する
壁部には挿入窓６３が形成され、この挿入窓６３には、
両端部を円筒部材３０とレンズ移動ナット５７にそれぞ
れ固定したリンク６２が貫通している。

【００２４】次に、本レーザ測量装置１１の全般的な作
動を説明する。先ず、レーザ測量装置１１を三脚を介し
て、所望の位置に配置する。無調整の状態において回転
投光部１５の軸心（回転軸ａ）は、一般に鉛直線と一致
せず、またレベル検知センサ７２、７３は、水平状態と
はされていない。この状態で駆動スイッチ（図示せず）
をオンすると、マイコン８２が、演算角度偏差に基づ
き、第１、第２レベル調整用モータ４４、７５をそれぞ
れに回転駆動する。例えば、調整用モータ４４が回転駆
動されると、スクリュー４５が回転されてレベル調整用
ナット４６が昇降される。このとき、ナット４６の作動
ピン４７には、引張りばね５２により付勢されたローラ
４０が弾接されているため、中空部材２０が該ローラ４
０を介して膨出部２１の球心を中心として回動され、回
転投光部１５が鉛直方向に対して傾けられる。また調整
用モータ７５が駆動されると、レベル調整用スクリュー
７９に伝達されてレベル調整用ナット８０が昇降され
る。このとき、該ナット８０の作動ピン８１には、引張
りばね５２により付勢されたローラ４１が弾接されてい
るため、上記同様、回転投光部１５が鉛直方向に対して
傾けられる。

【００２５】そして、投光装置１３が傾動されて整準が
進むと、レベル検知センサ７２、７３からの検出値が基
準水平度に近づき、角度偏差が最終的に０となるため、
投光装置１３（回転投光部１５）は該傾動調整により、
レーザ光束投光時の水平方向位置を定められ、よって整
準作業が完了する。

【００２６】この整準作業完了状態においてマイコン８
２から駆動信号が出力され、半導体レーザ２３が発振を
開始すると、この半導体レーザ２３から射出されるレー
ザ光束は、コリメートレンズ２４によって断面楕円状の
平行光束に変換された後、偏光ビームスプリッタ２７に
よって上方に向かう光束Ｌ₁ と下方に向かう光束Ｌ₂と
に分割される。

【００２７】この場合、偏光ビームスプリッタ２７に入
射するレーザ光束Ｌ₀ が、偏光分離面２７ａの入射面に
対し垂直な振動方向を有する、Ｓ偏光成分を持ちかつＰ
偏光成分を持たない直線偏光であれば、レーザ光束Ｌ₀
は、偏光分離面２７ａで全て反射されて９０゜偏向さ
れ、図２の上方に向かう。このとき、１／４λ板２８は
軸方位が光の振動方向に対し４５゜となるように偏光ビ
ームスプリッタ２７に貼付されているため、レーザ光束
Ｌ₀ は１／４λ板２８を透過して円偏光のレーザ光束Ｌ
₁ となってペンタプリズム３５に向かう。また、半透膜
２８ａで反射したレーザ光束Ｌ₁ は、１／４λ板２８を
再び透過した後、入射時とは直交する方向の振動を有す
るＰ偏光成分の直線偏光に変換され、偏光分離面２７ａ
を透過しレーザ光束Ｌ₂ として同図下方に向かい、ウェ
ッジプリズム２９ａ、２９ｂを透過した後、下部外方に
射出される。

【００２８】他方、上方に向かうレーザ光束Ｌ₁ は、第
１、第２レンズ群３１、３２を透過し、ペンタプリズム
３５の光入射面３５ｃを透過した後、第１、第２反射面
３５ａ、３５ｂで順に反射されて進路を９０゜偏向さ
れ、略水平方向に向けて光射出面３５ｄから射出され
る。レーザ光束Ｌ₁ のうち、第１反射面３５ａで所定の
割合で反射したもの以外は、進路を変化させることな
く、該第１反射面３５ａと楔型プリズム３４とでなすハ
ーフミラー面を透過して、レーザ光束Ｌ₁ と同軸のレー
ザ光束Ｌ₄ として上方に向けて投光される。このレーザ
投射状態において、マイコン８２からの駆動信号に基づ
き回転用モータ６６が駆動されると、回転投光部１５が
鉛直方向の回転軸ａを中心に回転し始めるため、ペンタ
プリズム３５から水平方向に射出されるレーザ光束Ｌ₃
により水平基準面が形成される。

【００２９】ところで、回転投光部１５から射出される
レーザ光束Ｌ₃ は、平行光束として射出されても回折に
よって広がり、平行光束ではなくなる。そこで、レーザ
プレーナのようにレーザ光束を遠方に投射する系では、
到達距離の要請に応じて太いレーザ光束を投射し、この
弱い収束光によってビームウエストが適切な位置にでき
るようにする手段が必要となる。

【００３０】その際例えば、半導体レーザ２３の波長変
化による、レンズ（第１、第２レンズ群３１、３２等）
のパワーの変化等によりビームウエスト位置が所定の位
置からずれた場合、或は近距離における正確な測定が必
要となった場合には、ビームウエスト位置の調整（ピン
ト合わせ）を行うこと、或はこの調整によって、できる
限り小さい光点を作ることが必要となる。

【００３１】従来、フォーカシング機能を持つレーザ測
量機（特開平5-322564号参照）はあったが、このレーザ
測量機は、半導体レーザからのレーザ光束の光路内にプ
リズムが位置する構造を持つため、集光レンズとフォー
カシングで移動する対物レンズとの光軸の一致が困難で
あり、フォーカシングのための光学系が大型であった。

【００３２】本レーザ測量装置１１は、フォーカシング
を簡便に行うことが可能で、フォーカシング時の偏心が
少なく、しかもフォーカシングに係る光学系をできるだ
け小さくできる構造を実現させている。

【００３３】すなわち、本レーザ測量装置１１は、レン
ズ移動モータ５９をマイコン８２の信号に基づき駆動す
ることにより、送りねじ機構を介して円筒部材３０を昇
降させ、第１レンズ群３１を第２レンズ群３２に対し進
退させて両者間の間隔（相対位置）を変えることができ
る。これにより、コリメートレンズ２４を介して平行光
束に変換された半導体レーザ２３からのレーザ光束をビ
ーム径を拡大してペンタプリズム３５に与え、回転投光
部１５から外方に投射されるレーザ光束Ｌ₃ のビームウ
エスト位置を、所要の距離において最適或は所望となる
ように簡単に移動調整することができる。よって、レー
ザ測量装置１１の野外等での使用状態を、常に良好にす
ることが可能となる。

【００３４】また、上記第１レンズ群３１と第２レンズ
群３２からなるビームエキスパンダＢは、反射部材を介
在しない、両レンズ群３１、３２の間隔を同一光路内で
変え得るストレートな光学系として構成されているた
め、フォーカシング時の偏心が少ない（フォーカシング
時の倒れが生じにくい）。さらにこの構成は、組立時の
レンズの偏心よる悪影響が少ないという効果も奏する。
また、レーザ光光路のペンタプリズム３５側に固定され
た第２レンズ群３２が正のパワーを持ち、コリメートレ
ンズ２４側に位置する第１レンズ群３１が負のパワーを
持つため、この第１レンズ群３１の径を射出光束のビー
ム径より小さくできる。従って、この第１レンズ群３１
進退用のレンズ移動モータ５９の負荷が小さくなるた
め、このモータ５９に出力の小さいものを用いることが
できる。

【００３５】ここで、本レーザ測量装置１１に使用可能
なコリメータレンズ２４、及びビームエキスパンダＢの
具体例を説明する。

【００３６】図４は、コリメートレンズ２４のレンズ構
成の一例を示す。このコリメートレンズ２４は、レンズ
１０１、１０２、１０３、１０４を有し、焦点距離6mm
とされている。レンズ１０１と１０２とは、接合（貼合
わせ）レンズとなっている。図中の符号１０５は、半導
体レーザ２３のカバーガラスであり、ｒ₁ 〜ｒ₉ は、カ
バーガラス又はレンズ各面の曲率半径を示し、ｄ₁ 〜ｄ
₈ は、カバーガラスの厚さ、レンズ厚若しくはレンズ間
隔を示す。

【００３７】このコリメートレンズ２４の具体的数値デ
ータを表１に示す。表中、Ｒｉは、同図光源側から第ｉ
番目の面の曲率半径、Ｄｉは、光源側から第ｉ番目のカ
バーガラス、レンズの肉厚若しくはレンズ間隔、ｎは、
レンズの635nm における屈折率、νは、レンズのｄ線の
アッベ数を示している。

【００３８】

【表１】面No. Ri Di n ν １ ∞ 0.30 1.51455 64.1 ２ ∞ 2.73 ３ -4.624 1.80 1.72623 54.7 ４ -3.519 0.10 ５ -75.123 1.80 1.69065 53.2 ６ -7.118 4.38 ７ -105.190 1.60 1.83928 23.9 ８ 8.483 2.25 1.61586 63.4 ９ -13.310 -

【００３９】図５は、ビームエキスパンダＢのレンズ構
成の第１例を示す。このビームエキスパンダＢは、１枚
ずつの第１レンズ群３１と第２レンズ群３２からなり、
ビーム拡大率が1.3 倍に決定されている。

【００４０】このビームエキスパンダＢの具体的数値デ
ータを表２に示し、縦収差、横収差、波面収差の諸収差
をそれぞれ図６〜図８に示す。これらの諸収差は、図５
において同図左方から光が入射したときの結像面での収
差である。諸収差図中、ＥＲは入射瞳高さ、Ｂは入射角
度、Ｓはサジタル方向、Ｍはメリディオナル方向を示
す。表中、Ｒｉは、図５の左側から第ｉ番目の面の曲率
半径、Ｄｉは、光源側から第ｉ番目のレンズの肉厚もし
くはレンズ間隔、ｎは、レンズの635nm における屈折
率、νは、レンズのｄ線のアッベ数を示している。

【００４１】

【表２】面No. Ri Di n ν １ -59.000 2.50 1.60003 38.0 ２ 237.849 23.09 ３ ∞ 3.50 1.69065 53.2 ４ -72.480 -

【００４２】図９は、図５〜図８で示されるビームエキ
スパンダＢの第１例において、第１レンズ群３１を第２
レンズ群３２から離れる方向に移動させたときの投射レ
ーザ光束の波面の（幾何学的に求めた）曲率半径の変化
を示すものである。同図の変化曲線から、上記ビームエ
キスパンダＢは第１レンズ群３１の移動時の曲率半径の
変化量が大きく、移動感度が高いことが分かる。このこ
とから、このビームエキスパンダＢは、フォーカシング
レンズである第１レンズ群３１を僅かに移動させるだけ
でビームウエスト位置を要請に応じて調整することがで
き、光学系の小型化等の面で有効であることが理解でき
る。

【００４３】なお、本実施例では、第２レンズ群３２を
固定しかつ第１レンズ群３１を該第２レンズ群３２に対
し進退可能に構成したが、本発明はこれに限られない。
すなわち、第１レンズ群３１をレーザ光光路２０ｂ内に
固定し、第２レンズ群３２を該第１レンズ群３１に対し
て進退可能に支持することもできる。この場合には、レ
ーザ光光路２０ｂ内に、上記実施例と同様の円筒部材
（図示せず）を摺動可能に設け、この円筒部材に上記第
２レンズ群３２を支持することとなる。このような構成
とした場合にも、第２レンズ群３２を第１レンズ群３１
から離れる方向に移動させたときの変化曲線は、図９と
全く同じになる。

【００４４】図１０に、ビームエキスパンダＢのレンズ
構成の第２例を示す。このビームエキスパンダＢは、１
枚ずつの第１レンズ群３１と第２レンズ群３２からな
り、ビーム拡大率が1.80倍に決定されている。このビー
ムエキスパンダＢの具体的数値データを表３に示し、縦
収差、横収差、波面収差の諸収差をそれぞれ図１１〜図
１３に示す。これらの諸収差は、上記第１例と同様、図
１０の左方から光が入射したときの結像面での収差であ
る。

【００４５】

【表３】面No. Ri Di n ν １ -226.334 2.50 1.83925 23.8 ２ 41.595 30.86 ３ 302.150 3.80 1.49566 81.6 ４ -42.213 -

【００４６】図１４に、ビームエキスパンダＢのレンズ
構成の第３例を示す。このビーム径変換光学系Ｂの具体
的数値データを表４に示し、縦収差、横収差、波面収差
の諸収差をそれぞれ図１５〜図１７に示す。このビーム
径変換光学系Ｂのビーム拡大率は、2.07倍に決定されて
いる。

【００４７】

【表４】面No. Ri Di n ν １ 166.594 2.50 1.83925 23.8 ２ 25.516 36.37 3 -1170.933 3.80 1.45488 90.3 ４ -33.184 -

【００４８】このビームエキスパンダＢの第３例におい
て、第１レンズ群３１のレンズ重量は0.37g であり、第
２レンズ群３２のレンズ重量は2.83g である。このこと
から、比較的重い第２レンズ群３２をレーザ光光路内に
固定しこの第２レンズ群３２より軽い第１レンズ群３１
を進退させる本レーザ測量装置１１の構成が、駆動系の
負荷を小さくするのに如何に有効であるかが理解でき
る。

【００４９】図１８は、ビームエキスパンダＢのレンズ
構成の第４例を示す。このコリメートレンズ２４の具体
的数値データを表５に示し、縦収差、横収差、波面収差
の諸収差をそれぞれ図１９〜図２１に示す。このビーム
エキスパンダＢのビーム拡大率は、1.70倍に決定されて
いる。

【００５０】

【表５】面No. Ri Di n ν １ 88.796 2.50 1.79857 25.4 ２ 29.160 39.79 ３ -122.664 3.80 1.45488 90.3 ４ -32.265 -

【００５１】図２２に、ビームエキスパンダＢのレンズ
構成の第５例を示す。このビーム径変換光学系Ｂの具体
的数値データを表６に示し、縦収差、横収差、波面収差
の諸収差をそれぞれ図２３〜図２５に示す。このビーム
径変換光学系Ｂのビーム拡大率は、1.33倍に決定されて
いる。

【００５２】

【表６】面No. Ri Di n ν １ -68.751 2.50 1.55463 58.7 2 121.059 23.37 ３ 330.562 3.50 1.57838 40.7 ４ -74.023 -

【００５３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ビームウ
エスト位置を調整するためのフォーカシングが簡便に行
え、野外等で十分に活用できるビーム投射装置を得るこ
とが可能となる。しかもフォーカシングを行う光学系
を、レンズ群間に反射部材がなく、両レンズ群の相対位
置を同一光路内で変化できるストレートで小さな光学系
として構成することが可能となる。

【００５４】さらに請求項２の発明によれば、第１レン
ズ群を第２レンズ群に対して進退させる場合に、駆動系
の負荷を小さくすることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るレーザ測量装置の全体を示す断面
図である。

【図２】同レーザ測量装置の主要光学系を拡大して示す
構成図である。

【図３】同レーザ測量装置の要部を拡大して示す平面図
である。

【図４】同レーザ測量装置に使用可能なコリメートレン
ズの一例を示すレンズ構成図である。

【図５】ビームエキスパンダの第１例を示すレンズ構成
図である。

【図６】同ビームエキスパンダの縦収差図である。

【図７】同ビームエキスパンダの横収差図である。

【図８】同ビームエキスパンダの波面収差図である。

【図９】同ビームエキスパンダの第１レンズ群の移動量
と射出レーザ光束の波面の曲率半径との相関関係を示す
図である。

【図１０】ビームエキスパンダの第２例を示すレンズ構
成図である。

【図１１】同ビームエキスパンダの縦収差図である。

【図１２】同ビームエキスパンダの横収差図である。

【図１３】同ビームエキスパンダの波面収差図である。

【図１４】ビームエキスパンダの第３例を示すレンズ構
成図である。

【図１５】同ビームエキスパンダの縦収差図である。

【図１６】同ビームエキスパンダの横収差図である。

【図１７】同ビームエキスパンダの波面収差図である。

【図１８】ビームエキスパンダの第４例を示すレンズ構
成図である。

【図１９】同ビームエキスパンダの縦収差図である。

【図２０】同ビームエキスパンダの横収差図である。

【図２１】同ビームエキスパンダの波面収差図である。

【図２２】ビームエキスパンダの第５例を示すレンズ構
成図である。

【図２３】同ビームエキスパンダの縦収差図である。

【図２４】同ビームエキスパンダの横収差図である。

【図２５】同ビームエキスパンダの波面収差図である。

【符号の説明】

１１レーザ測量装置（ビーム投射装置）１５回転投光部（投光部）２０中空部材２０ａ２０ｂレーザ光光路２３半導体レーザ（光源）２４コリメートレンズ３０円筒部材（レンズ支持部材、調整手段）３１第１レンズ群３２第２レンズ群３５ペンタプリズム（反射手段）５６レンズ移動スクリュー（調整手段）５７レンズ移動ナット（調整手段）５９レンズ移動モータ（調整手段）６０ピニオン６１伝達ギヤ６２リンク（調整手段）６３挿入窓１０１１０２１０３１０４レンズＢビームエキスパンダ（ビーム径変換光学系）ａ回転軸

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成７年８月２４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３６】図４は、コリメートレンズ２４のレンズ構
成の一例を示す。このコリメートレンズ２４は、レンズ
１０２、１０３、１０４、１０５を有し、焦点距離6mm
とされている。また、カバーガラス１０１は半導体レー
ザ２３に付随しているものである。レンズ１０４と１０
５とは、接合（貼合わせ）レンズとなっている。図中の
符号ｒ ₁ 〜ｒ₉ は、カバーガラス又はレンズ各面の曲率
半径を示し、ｄ₁ 〜ｄ₈ は、カバーガラスの厚さ、レン
ズ厚若しくはレンズ間隔を示す。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】符号の説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【符号の説明】１１レーザ測量装置（ビーム投射装置）１５回転投光部（投光部）２０中空部材２０ａ２０ｂレーザ光光路２３半導体レーザ（光源）２４コリメートレンズ３０円筒部材（レンズ支持部材、調整手段）３１第１レンズ群３２第２レンズ群３５ペンタプリズム（反射手段）５６レンズ移動スクリュー（調整手段）５７レンズ移動ナット（調整手段）５９レンズ移動モータ（調整手段）６０ピニオン６１伝達ギヤ６２リンク（調整手段）６３挿入窓１０２１０３１０４１０５レンズＢビームエキスパンダ（ビーム径変換光学系）ａ回転軸

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源からの光束を反射手段で反射させ、
ほぼ平行光束のビームとして投射するビーム投射装置で
あって、上記光源からの光束をほぼ平行光束に変換するコリメー
トレンズ；このコリメートレンズと反射手段の間の光路
において、このコリメートレンズ側に位置する負のパワ
ーを持つ第１レンズ群と、反射手段側に位置する正のパ
ワーを持つ第２レンズ群とを備え、上記光源からの光束
のビーム径を拡大して上記反射手段に与えるビーム径変
換光学系；及び、このビーム径変換光学系の上記第１レンズ群と第２レン
ズ群の相対位置を、投射ビームのビームウエスト位置を
変化させるべく調整する調整手段；を備えていることを
特徴とするビーム投射装置。
【請求項２】請求項１において、第２レンズ群は、コ
リメートレンズと反射手段の間の光路に固定され、第１
レンズ群は、この光路内に該第２レンズ群に対し進退可
能に設けられた、上記調整手段の一部をなすレンズ支持
部材に支持されているビーム投射装置。
【請求項３】請求項１において、第１レンズ群は、コ
リメートレンズと反射手段の間の光路に固定され、第２
レンズ群は、この光路内に該第１レンズ群に対し進退可
能に設けられた、上記調整手段の一部をなすレンズ支持
部材に支持されているビーム投射装置。
【請求項４】請求項１〜３のいずれか１項において、
反射手段は、回転軸を中心に回転可能な投光部に設けら
れ、この反射手段からのビームが、該投光部の回転によ
り上記回転軸とほぼ直交する方向に回転投射されて基準
平面を形成することを特徴とするビーム投射装置。