JPH09229687A

JPH09229687A - 自動傾き補正装置

Info

Publication number: JPH09229687A
Application number: JP8033834A
Authority: JP
Inventors: Eiichi Kitajima; 栄一北島
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-02-21
Filing date: 1996-02-21
Publication date: 1997-09-05

Abstract

(57)【要約】【課題】製作が容易で、安価な、且つコンパクト
な傾き補正装置を提供すること。【解決手段】光源（１）から出射された光を平行にす
る第１の光学部材（２）と、少なくとも上下の２つの面
を有し、上面（４Ａ）を反射部材、下面（４Ｂ）を透明
部材とした、自由液面を有する透明な液体（Ｃ）が収納
された容器（４）と、前記第一の光学部材からの平行光
を前記容器の下面から鉛直上方向に入射させるための半
反射半透過面を施した光路変更手段（３）とを備えたこ
とを特徴とする自動傾き補正装置とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】主に測量作業に用いる測量機
に組み込まれる、自動傾き補正装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】測量機は、測量対象箇所に設けた測量
ポイントの鉛直線上に設置することが必要である。そこ
で、測量機は設置位置を確認する装置、例えば測量機か
ら下方へレーザー光線を投射する装置を備え、投射され
たレーザー光の位置と前記測量ポイントとが一致するよ
うに測量機を設置する。しかし、前記レーザー光の投射
方向が測量機に対して一定であると、測量機の設置姿勢
が水平でないことに起因する設置誤差が生ずる。そこ
で、測量機の姿勢に関わらず鉛直下向きにレーザー光線
を投射する自動傾き補正装置がある。従来の自動傾き補
正装置は、例えば特開昭６３−２２２２１４号公報に開
示された、図４に示すような構造であった。図４におい
て、測量機の本体６１の上部に設けられたレーザダイオ
ード６６からのレーザ光６６Ａが、投光レンズ６５を通
して下向きに出射している。６７は前記投光レンズ６５
の光軸である。前記投光レンズ６５の下方に、シリコン
オイル６４Ａ、６４Ｂを封入した透明容器６３が設けて
ある。該透明容器６３の平面部６３Ａ、６３Ｂ、６３Ｃ
は平行になっている。一方、前記本体６１は、その下部
に本体６１を整準するための整準装置６２を有してい
る。

【０００３】次に、この装置の自動傾き補正の動作を説
明する。本体６１が水平である時、本体６１から投射さ
れるレーザー光は鉛直下向きである。図３に示すよう
に、本体６１が水平から角θ41 傾いたとき、光軸６７
も鉛直から角θ41 傾く。この時、前記透明容器６３に
封入された、シリコンオイル６４Ａ、６４Ｂのそれぞれ
の液面は水平を保つので、シリコンオイル６４Ａ、６４
Ｂは楔角θ31をもつ楔状になる。前記レーザ光６６Ａ
は、この楔状になったシリコンオイル６４Ａ、６４Ｂを
透過する際に屈折され、光軸６７からの偏角θ42のレー
ザ光６６Ｂとなって、本体６１の外に投射される。

【０００４】ここで、前記シリコンオイル６４Ａ、６４
Ｂの屈折率をそれぞれ、ｎ41 、ｎ42 とすると、楔角θ
41と偏角θ42との関係は、θ42＝（ｎ41＋ｎ42−２）θ
41（これを補正の条件式と言い、θ42 ＝θ41であれば
レザー光は常に鉛直下向きに投射される。）となるか
ら、シリコンオイル６４Ａ、６４Ｂとしてｎ41 ＝ｎ42
＝１．５００のシリコンオイルを用いればθ42 ＝θ41
となり、補正の条件式は満足される。その結果、レーザ
光６６Ａの出射方向は補正され、常に鉛直下方向に出射
する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述の装置に
おいては、シリコンオイルの容器の構造が複雑なので、
製造上のコストが高く、又、傾き補正装置をコンパクト
化できず、測量機が大きくなるという欠点があった。本
発明の目的は、製作が容易で、安価な、且つコンパクト
な自動傾き補正装置を提供し、測量機の小型化に資する
ことにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、少なくとも、反射部材の上面（４Ａ、１４Ａ、３４
Ａ）と透明部材の下面（４Ｂ、１４Ｂ、３４Ｂ）とを有
し、その内部に自由液面を有する透明な液体（Ｃ、Ｃ
１、Ｃ３）が収納された容器（４、１４、３４）と、光
源（１、１１、３１）から出射された光を平行にする光
学部材（２、１２、３２）とを備え、前記容器の下面か
ら入射した前記光学部材からの平行光が、前記上面で反
射されて前記容器の下面から鉛直下方向に投光されるよ
うに構成した。

【０００７】光源からの光が、自由液面を有する透明液
体が収納された容器にその下面から入射し、透明液体で
屈折された後、前記容器の上面で反射され、再び透明液
体に入射し屈折されて、前記容器の下面から出射する
（投射される）。従って、前記光は２回の屈折作用を受
け、前記光の投射方向は、２（ｎ−１）θ（θは本体の
傾いた補正範囲内の角度、ｎは透明液体の屈折率）の角
度変化を受けて、下方向に出射する。ここで、透明液体
として、屈折率ｎ＝１．５００のものを用いれば、本体
の傾いた角度と光の投射方向の角度変化が等しくなり、
本装置を備えた測量機が傾いても、前記光の出射方向は
常に鉛直下向となる。

【０００８】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の装置において、前記容器の上下の２つの面（４Ａと４
Ｂ等）は平行であって、前記容器の下面に、前記光学部
材からの平行光を前記容器の下面から上方向に入射させ
ると共に、前記上面で反射された光を鉛直下方に投射す
る第２光学部材（３、１３）を備えた。

【０００９】光源からの入射光と鉛直下方への出射光が
同軸となるので、よりコンパクトな自動傾き補正装置と
することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１の実施形態
の原理説明図である。図１において、１は可視光レーザ
ダイオードで、レーザー光Ｌを水平方向に出射する。２
は焦点距離ｆのコリメータレンズで、可視光レーザダイ
オード１から焦点距離ｆだけ離れた位置に配設され、前
記レーザ光Ｌを平行光にする。ハーフプリズム３は斜設
された半透過面３ａを有し、コリメータレンズ２からの
レーザー光Ｌを上方向に曲げる。ハーフプリズム３の上
方には、自由液面を有するシリコンオイルＣが封入され
た、平面ミラーの上面４Ａと透明な下面４Ｂとを有する
透明容器４が設けられる。透明容器４内のシリコンオイ
ルは屈折率＝ｎであり、透明容器４内にはシリコンオイ
ルＣの液面ＣＳと接する空間５が形成されている。

【００１１】次に図１の装置の動作を説明する。レーザ
ダイオード１がコリメータレンズ２の焦点距離ｆの位置
に配置されているので、レーザーダイオード１からのレ
ーザー光Ｌは、水平な平行光となってハーフプリズム３
に入射する。該ハーフプリズム３の半透過面３ａで上方
向に反射されたレーザ光Ｌは、透明容器４に下面から垂
直に入射する。前記入射したレーザー光Ｌは透明容器の
下面４Ｂ、シリコンオイルＣを透過し、容器上面４Ａの
ミラー面で反射され、再びシリコンオイルＣ、容器下面
４Ｂ、ハーフプリズム３を透過して反射レザー光Ｌ１と
なって下方に投射される。

【００１２】装置全体（透明容器４、レーザーダイオー
ド１、コリメータレンズ２等、以下符号の異なる他の実
施形態も含めて同様）が水平に置かれた時、レーザー光
Ｌ、反射レーザー光Ｌ１は、シリコンオイルＣによる屈
折を受けないので鉛直下向きに投射される。この時の、
装置全体を基準とした反射レザー光Ｌ１の投射方向を装
置光軸Ｚと称する。（装置全体が傾くと装置光軸Ｚも同
じ角度だけ共に傾く。）今、装置全体が水平から角θ1傾いたとすると、シリコ
ンオイルＣの液面ＣＳは水平を保つので、シリコンオイ
ルＣは楔角θ1をもつ液体プリズムを形成する。そし
て、ハーフプリズム３で上方向に反射されたレーザ光Ｌ
は、シリコンオイルＣによって、θ2＝（ｎ−１）θ1の
角度だけ屈折され、装置光軸Ｚに対して角θ2だけ傾い
て前記上面４Ａに当たる。上面４Ａは、ミラー面となっ
ているのでレーザー光Ｌは全反射し、装置光軸Ｚに対し
てθ2の角度をもって、再び、シリコンオイルＣに入射
し、更に（ｎ−１）θ1だけ屈折されてこれを透過す
る。そして、下面４Ｂ、ハーフプリズム３を透過し、装
置光軸Ｚからθ3の角度をもつ反射レーザー光Ｌ１’と
なって下方向に投射される。

【００１３】ここで、θ3＝θ2＋（ｎ−１）θ1＝２
（ｎ−１）θ1であるから、ｎ＝１．５であればθ3＝θ
1となり、傾き補正が成り立つ。即ちレーザー光Ｌ１’
は、装置全体の傾き角θ1の値に関係なく、鉛直下向き
に投射される。図２は、上記装置を組み込んだ、求心用
のレーザビームを発生するプリズムアダプタ装置の側断
面図である。図２において、本体１１０の下方にプリズ
ムアダプタ装置を整準するための整準ユニット１２０が
ある。本体１１０の筐体内には、可視光レーザダイオー
ド１１が光軸を水平にして固定され、コリメータレンズ
１２がレーザーダイオード１１からその焦点距離ｆ2だ
け離れた位置に固定されている。透明容器１４の下面１
４Ｂには、ハーフプリズム１３が接着固定されている。
透明容器１４の上面１４Ａは、その内側面（下側面）が
ミラー面になっている。更に、上面１４Ａには防液筒１
７が接着されている。前記透明容器１４内には、自由液
面ＣＳ２をもつシリコンオイルＣ２が封入されている。
前記本体１１０の筐体には、レーザダイオード１１に電
源を供給する電池１８０を収納する電池ボックス１９０
が設けられている。

【００１４】本体１１０の上方には、プリズムアダプタ
装置を整準するための円形気泡管２００が固定され、中
央部には、プリズム２４０を取り付けるアダプター部１
１０Ａが突出している。プリズム２４０が水平な軸に対
して回転可能に取り付けられたプリズムホルダー２３０
の下部に設けた取り付け部２２０がアダプター部１１０
Ａに差し込まれ、アダプター部１１０Ａの側面に設けた
固定ノブ２１０で固定されている。

【００１５】次に、自動傾き補正の動作を説明する。前
記本体１１０は、傾き補正範囲内（例えば、±５′）に
円形気泡管２００を見ながら、整準ユニット１２０で整
準される。その結果、本体１１０は、傾き補正範囲内の
角θ21だけ傾いている。レーザダイオード１１からのレ
ーザー光Ｌ２は、コリメータレンズ１２によって水平の
平行光とされ、ハーフプリズム１３に入射する。

【００１６】ハーフプリズム１３の半透過面１３Ａで上
方向に反射されたレーザ光Ｌ２は、透明容器１４に底面
から入射する。透明容器１４内には屈折率ｎ2＝１．４
１のシリコンオイルＣ２が封入され、更に透明容器１４
内にはシリコンオイルＣ２の液面ＣＳ２と接する空間１
５が形成されている。透明容器１４内のシリコンオイル
Ｃ２の液面ＣＳ２は、水平を保っているので、シリコン
オイルＣ２は楔角θ21の液体プリズムを形成する。

【００１７】前記ハーフプリズム１３で上方向に反射し
たレーザ光Ｌ２は、θ22＝（ｎ2−１）θ21＝０．４１
・θ21の角度だけシリコンオイルＣ２によって屈折さ
れ、前記容器の上面１４Ａに当たる。該上面１４Ａは、
ミラー面となっているので全反射し、本体１１０が水平
に置かれた時のレーザー光Ｌ２の投射方向である装置光
軸Ｚ２からθ22の角度をもって、再び、シリコンオイル
Ｃに入射し、更に角０．４１・θ21だけ屈折されてこれ
をを透過し、前記下面１４Ｂ、ハーフプリズム１３を透
過し、装置光軸Ｚ２から２（ｎ2−１）θ21＝０．８２
・θ21の角度をもつ反射レーザ光Ｌ２’となって、プリ
ズムアダプター装置から鉛直下方向に出射する。

【００１８】ここで、傾き補正精度を考えると、補正範
囲の最大傾き角θ21＝５′、整準台の下面２７０から測
量ポイント面２６０までの高さｈを最大で３ｍとする
と、補正誤差Δは、 Δ＝ｈ・Ｔａｎ〔（１−０．８２）・θ21 ＝３０００・Ｔａｎ（０．１８・５′）＝０．７８ｍｍとなる。即ち、プリズムの測量点からの鉛直ポイントの
誤差は、±１ｍｍ以内であり、工事測量等には支障のな
い精度で補正されている。尚、高さｈは、厳密には測量
ポイント面２６０から透明容器上面１４Ａの反射面まで
の高さであるが、整準台の下面２７０から測量ポイント
面２６０までの高さを採用するのが業界の慣行である。
これは整準台下面２７０から透明容器上面１４Ａの反射
面までの高さは、各種測量機器により異なる上、各測量
機器共、測量ポイント面２６０から整準台下面２７０ま
での高さに較べ充分小さく（約８０ｍｍ）これに起因す
る誤差量は無視しても問題ないことによる。

【００１９】このように、透明液体（ここではシリコン
オイルＣ２）は、必要な補正精度に応じて、ｎ＝１．５
００に近似の屈折率を有するものを使用することができ
る。図３は、本発明の第２の実施形態の原理説明図であ
る。図４において、上面３４Ａが下面３４Ｂに対して角
θｍだけ傾斜した透明容器３４に、空間３５に接する自
由液面ＣＳ３を有するシリコンオイルＣ３（屈折率＝ｎ
3）が封入されている。透明容器３４の下方には、可視
光レーザーダイオード３１が透明容器３４の下面３４Ｂ
の法線Ｎ３に対して角θ0だけ傾いて上向きに設けら
れ、前記レーザーダイオード３１から、その焦点距離ｆ
3だけ離れた位置にコリメータレンズ３２が配設されて
いる。

【００２０】次に図３の装置の動作を説明する。レーザ
ダイオード３１がコリメータレンズ３２の焦点距離ｆ3
の位置に配置されているので、レーザーダイオード３１
からのレーザー光Ｌ３は、平行光となって透明容器３４
に下面３４Ｂから入射する。透明容器３４の下面３４Ｂ
が水平になるように置かれた時、レーザー光Ｌ３は容器
下面３４Ｂ、シリコンオイルＣ３を透過して容器上面３
４Ａに、法線Ｎ３に対して角θ0だけ傾いて入射し上面
３４Ａのミラー面で反射され、反射レーザー光Ｌ３１と
なる。この方向が装置光軸Ｚ３である。ここで、θ0＝
２・θｍとすれば、反射レーザー光Ｌ３１の投射方向は
法線Ｎ３と一致し、鉛直下向きとなる。

【００２１】今、装置全体が水平から角θ31傾いたとす
ると、シリコンオイルＣ３の液面ＣＳ３は水平を保つの
で、シリコンオイルＣ３は楔角θ31をもつ液体プリズム
を形成する。そして、透明容器３４の下面３４Ｂから入
射したレーザ光Ｌ３は、シリコンオイルＣ３によって、
θ32＝（ｎ3−１）θ31の角度だけ屈折され、装置全体
が水平に置かれた時の反射レーザー光Ｌ３１の射出方向
である装置光軸Ｚ３（Ｎ３）に対して角θ32だけ傾いて
容器上面３４Ａに当たる。上面３４Ａは、ミラー面とな
っているのでレーザー光Ｌ３は全反射し、装置光軸に対
してθ32の角度をもって、再び、シリコンオイルＣ３に
入射し、更に（ｎ3−１）θ31だけ屈折されてこれを透
過する。そして、透明容器の下面３４Ｂを透過し、装置
光軸からθ33の角度をもつ反射レーザー光Ｌ３１’とな
って下方向に出射する。

【００２２】ここで、θ33＝θ32＋（ｎ3−１）θ31＝
２（ｎ3−１）θ31であるから、ｎ3＝１．５であればθ
33＝θ31となり、傾き補正が成り立つ。即ち、反射レー
ザー光Ｌ３１’は、装置全体の傾き角θ31の値に関係な
く、鉛直下向きに出射する。本実施例では、説明の都合
上、装置全体が水平に置かれた時を基準としたが、基準
状態は厳密な水平である必要はなく、或る傾きを持った
状態での反射レーザー光の射出方向が鉛直方向になるよ
うに角θ0を調整すれば良い。又、第２の実施形態と同
様、シリコンオイルＣ３は、許容誤差の範囲内でｎ3＝
１．５に近似の屈折率を有するものが使用できる事は言
うまでもない。

【００２３】

【発明の効果】請求項１の発明は、透明容器の構造が簡
単にできるので、製作が容易で、低コスト、コンパクト
な傾き補正装置を提供することできる。その結果、測量
機を小型にすることができる。請求項２の発明は、光路
の一部が共通となるので、よりコンパクトな傾き補正装
置を提供する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の原理説明図。

【図２】図１の装置を組み込んだプリズムアダプタ装置
の側断面図。

【図３】本発明の第２の実施形態の原理説明図。

【図４】従来の自動傾き補正装置を備えたレーザ投光測
量機の側断面図。

【符号の説明】

１、１１、３１・・・・・・可視光レーザダイオード
（光源）２、１２、３２・・・・・・コリメータレンズ（光学部
材）３、１３・・・・・・・・・ハーフプリズム（第２光学
部材）４、１４、３４・・・・・・透明容器４Ａ、１４Ａ、３４Ａ・・・上面（ミラー面）４Ｂ、１４ｂ、３４Ｂ・・・下面（透明部）５、１５、３５・・・・・・空間Ｃ、Ｃ２、Ｃ３・・・・・・シリコンオイル（透明液
体）Ｌｎ、Ｌｎ’・・・・・・・レーザ光（ｎは整数） θn1・・・・・・・・・・・装置全体の傾き角 θn3・・・・・・・・・・・装置全体が角θn1傾いた時
の、投射レーザー光の装置光軸からの角度

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも、反射部材の上面と透明部材
の下面とを有し、その内部に自由液面を有する透明な液
体が収納された容器と、光源から出射した光を平行光に
する光学部材とを備え、前記容器の下面から入射し、前
記上面で反射されて前記容器の下面から鉛直下方向に投
射されるように構成したことを特徴とする自動傾き補正
装置。
【請求項２】請求項１に記載の装置において、前記容器の上下２つの面は平行であって、前記容器の下
面に、前記光学部材からの平行光を前記容器の下面から
上方向に入射させると共に、前記上面で反射された光を
鉛直下方に投射する第２光学部材を備えたことを特徴と
する自動傾き補正装置。