JP3725264B2

JP3725264B2 - Laser irradiation device

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Publication number: JP3725264B2
Application number: JP30447196A
Authority: JP
Inventors: 路世斉藤; 博雄菅井; 真一林瀬; 純一古平
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 1996-11-15
Filing date: 1996-11-15
Publication date: 2005-12-07
Anticipated expiration: 2016-11-15
Also published as: JPH10141956A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザ照射装置に係り、特に、建築内装関係や土木工事で高さ方向の基準位置を設定するのに用いられるレーザ照射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、建築内装関係や土木工事においては、高さ方向の設定、特に基準高に基づいてラインおよび平面等を形成する用途に回転レーザ照射装置が用いられている。例えば、建築内装関係では、窓枠または天井面の位置出し等で基準水平ラインを求める際に、また土木工事では、盛土または切土面の基準水平面を求める際にそれぞれ用いられている。
【０００３】
このような回転レーザ照射装置では、例えば壁等に向かってレーザ光を照射することにより壁面上にレーザポイントが形成され、さらにレーザ光を水平面内で任意の角度振りながら照射することにより壁面上にレーザラインが形成される。そして、それらのレーザポイントやレーザラインの位置は、目視または受光器で若しくは両者を併用して確認され、レーザポイントは基準点として、レーザラインは基準ラインとしてそれぞれ設定される。
【０００４】
ところで、レーザポイントやレーザラインの位置を目視で確認する場合は、作業は主に室内での作業に限られる。室外での作業では太陽光によりレーザ光が確認しずらいので、受光器を用いるのが一般的である。
【０００５】
目視で確認する場合、レーザポイントやレーザラインの輝度は高い方が良く、なるべく合焦した状態が好ましい。またレーザ照射装置本体から遠距離に合焦させてレーザポイントやレーザラインを得るには、照射倍率を高倍率にする必要があり、対物レンズからの出力レーザ径はかなり大きくなる。
【０００６】
受光器によって確認する場合は、目視と異なり極端に合焦する必要はない。逆にいえば近距離から遠距離まで距離にかかわらず同径のレーザ径であって、ある程度の大きさを有するレーザ径が好ましい。
【０００７】
図１１は従来のレーザ照射装置における照射光学系で、所定の対象物にレーザポイントを形成するためのものである。図に示すように、従来のレーザ照射装置では対物レンズ１の径を大きく取り、レーザ発光素子２からのレーザ光が遠距離に合焦する場合の合焦ポイントを小さくするようにしている。
【０００８】
また、図１２も従来のレーザ照射装置における照射光学系で、受光器の使用と共に合焦機能を備えた、いわゆる回転レーザ照射装置の照射光学系を示している。図に示すように、この照射光学系には、レーザ発光素子３、コリメートレンズ４、合焦レンズ５、対物レンズ６、及びペンタプリズム７が同一の光軸上に設けられ、レーザ発光素子３から発したレーザ光は、コリメートレンズ４、合焦レンズ５、対物レンズ６を通ってペンタプリズム７に導かれ、ペンタプリズム７で照射方向がほぼ９０度偏向されるようになっている。この照射光学系では、受光器の使用と照射対象物上に合焦させるという相反する機能を備えるため、出力されるレーザ径は図１１の場合に比べてはるかに小径である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
最近、遠距離に合焦させる回転レーザ照射装置の必要性が高くなってきている。例えば、建築物は壁や柱の少ないフラットフロアが主流になりつつあり、このような建築物での内装作業等では、遠距離に合焦させてレーザポイントやレーザラインを目視で確認することにより、窓枠や天井面等の位置出しが行われている。このためには、出力レーザ径を大きくし、遠距離においての合焦径を小さくして、視認度を上げる必要がある。
【００１０】
一方、受光器では同径のレーザ光が望ましく、受光器の受光部が２分割の光電変換素子から構成されている場合、レーザ径はある程度の大きさがあれば、光電変換素子のそれぞれからの出力を比較することによって、受光器に照射されているレーザ光の中心位置を容易に検出することができる。ところが、合焦のような径が小さいと、多少の位置ズレでどちらか一方の光電変換素子だけにレーザ光が照射されることになり、レーザ光の中心位置の検出が難しくなる。また、対物レンズに近いと必要以上に大きく受光器を覆ってしまい検出できなくなる。
【００１１】
以上のように、受光器と目視の機能を備える回転レーザ照射装置の場合、受光器の使用と目視のための合焦とは相反する問題があり、このような問題の生じない回転レーザ照射装置が要望されている。
【００１２】
本発明の目的は、目視による場合でも、また受光器を使用する場合でも、レーザ光照射位置の検出を正確且つ容易に行うことが可能なレーザ照射装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、レーザ照射装置本体から所定距離を置いて配置された照射対象物に対して、レーザ光を水平及び垂直面内で回転しながら照射するレーザ照射装置において、前記照射対象物として、レーザ光を受光検出する受光器と、反射部を備えたターゲットとに切り替え可能であり、前記レーザ光を所定の距離に合焦する第１光学部材と、レーザ光の倍率を可変する第２光学部材と、前記第１光学部材と前記第２光学部材の少なくとも一方を光軸方向に移動させる駆動手段と、前記反射部からのレーザ光により前記照射対象物までの距離を算出する距離算出手段とを備え、前記照射対象物が受光器の場合は、前記第１光学部材と前記第２光学部材はほぼ平行光のレーザ光を照射する光学的な位置関係にあって、前記照射対象物がターゲットの場合は、前記第１光学部材と前記第２光学部材は前記距離算出手段により算出した距離に基づいて光学的に高倍率の位置関係に移動し、ターゲットに合焦するレーザ光を照射することを特徴としている。
【００１４】
上記構成によれば、レーザ反射光に基づいてレーザ照射装置本体と照射対象物との距離が算出され、その算出結果を用いることにより、レーザ光の照射倍率を正確に設定することができる。これによって、目視による場合は照射対象物上にレーザ光を合焦させ、また受光器を使用する場合はレーザ光の径をほぼ一定とすることが可能となる。
【００１５】
請求項２に記載の発明では、前記照射対象物が受光器の場合に、前記駆動手段にて前記第２光学部材の倍率を低倍率とし、ほぼ平行光としてレーザ光を照射するように前記第１光学部材を移動することを特徴としている。
また、請求項３に記載の発明では、前記照射対象物がターゲットの場合に、前記駆動手段にて前記第２光学部材の倍率を高倍率とし、前記ターゲットのある距離にレーザ光を合焦するように前記第１光学部材を移動することを特徴としている。
【００１６】
請求項２の構成によれば、レーザ光束はその径が比較的小さく、ほぼ平行光となって、受光器での受光に適した光束となる。
また、請求項３の構成によれば、レーザ光束はその径が比較的大きくなって、ターゲット上に合焦させるのに適した光束となる。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、レーザ照射装置本体から所定距離を置いて配置された照射対象物に対して、レーザ光を水平及び垂直面内で回転しながら照射するレーザ照射装置において、前記照射対象物として、レーザ光を受光検出する受光器と、反射部を備えたターゲットとに応じたレーザ光照射に切り替え可能であり、照射するレーザ光を任意の距離に合焦する第１光学部材と、前記照射対象物及び距離に応じて照射するレーザ光の倍率を可変する第２光学部材と、前記第１光学部材と前記第２光学部材の少なくとも一方を移動し照射レーザ光の合焦距離と倍率を可変させる駆動手段と、前記反射部からのレーザ光により合焦する距離を算出する距離算出手段とを備えたことを特徴としている。
【００１８】
上記構成によれば、レーザ反射光に基づいてレーザ照射装置本体と照射対象物との距離が算出され、その算出結果に基づいて、駆動手段は第１光学部材及び第２光学部材の少なくとも一方を光軸方向に移動させる。これによって、照射対象物上にレーザ光を合焦させたり、またレーザ光の径をほぼ一定としたりすることができる。
【００１９】
請求項５に記載の発明では、前記レーザ照射装置本体は、前記ターゲットのある距離にレーザ光を任意の角度で振りながら照射する機能も有することを特徴としている。
【００２０】
上記のように構成すれば、レーザ光を任意の角度で振りながら照射することが可能となり、照射対象物上にレーザポイントだけでなくレーザラインを形成することができる。この場合、任意の角度を３６０度以上に設定することも可能である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の代表例として、回転レーザ照射装置について図面を用いて説明する。
図１は、回転レーザ照射装置と、そのレーザ照射装置からのレーザ光を反射する照射対象物としてのターゲットの外観図である。図に示すように、レーザ照射装置１０は、本体部１１と回動部１２とを有している。回動部１２からはターゲット１３に向かってレーザ光が照射されており、このレーザ光によって基準面が形成される。ターゲット１３は建築構造物の壁１４等の表面に取り付けられている。
【００２２】
回動部１２は所定の方向に所定の速度で回転しており、この回動部１２の回転に伴ってレーザ光の照射方向は矢印Ａ方向に変化する。これにより、レーザ光はターゲット１３を走査する。また、回動部１２からのレーザ光は、通常、水平方向に照射されるので、回動部１２の高さ方向の位置を所定位置に設定しておけば、ターゲット１３上に照射されるレーザ光の高さ方向の位置も所定位置とすることができる。
【００２３】
ターゲット１３の詳細構成を図２に示す。ターゲット１３は、基板１３１上に反射層１３２が貼設され、この反射層１３２の約半分にλ／４複屈折部材１３３が貼設されている。反射層１３２の露出部分には、入射光束の偏光方向を保存して反射する偏光保存反射部１３２ａ，１３２ｂが形成され、またλ／４複屈折部材１３３が貼設された部分には、入射光束に対して偏光方向を変換して反射する偏光変換反射部１３３ａ，１３３ｂが形成されている。反射層１３２は再帰反射材から成り、複数の微小なコーナキューブ、または球反射体等を配したものである。また、λ／４複屈折部材１３３が貼設された反射面は入射光束に対して偏光反射光束がλ／２の位相差を生じさせる作用を有する。したがって、反射光束は入射光束に対してλ／４複屈折部材１３３を２回通過することになり、円偏光が入射すると反射光は逆回転の円偏光となり、直線偏光が入射すると反射光は入射光に対して直角な偏光面を有する。
【００２４】
なお、以下の説明では、レーザ発光素子２０から射出しターゲット１３に照射されるレーザ光を偏光照射光束と、前記レーザ光のターゲット１３での反射光を偏光反射光束と称することにする。
【００２５】
本体部１１は、回動部１２からの偏光照射光束がターゲット１３を走査したことを認識すると、回動部１２の動作を制御して、偏光照射光束がターゲット１３を挟む狭い範囲で往復走査を繰り返すようにする。このとき、回動部１２は一定以上の速度で往復走査することで視認の輝度を上げることができる。さらに、ターゲット１３の位置に偏光照射光束を合焦することで視認性を上げることができる。
【００２６】
なお、図１において、１５は本体部１１の側面に設けられた操作及び表示部であり、この操作及び表示部１５を操作することにより、回動部１２からの偏光照射光束の径を変えることができる。すなわち、上記ターゲット１３上に合焦するのに適した光束径としたり、後述する反射光検出部（図４の２３）に対応した平行光の光束径としたりすることができる。
【００２７】
図４は本発明に係るレーザ照射装置の内部構成図である。レーザ照射装置１０は、前述したように本体部１１と回動部１２とを有している。本体部１１の内部には、光源であるレーザ発光素子２０、照射光学系２１、発光素子駆動部２２、反射光検出部２３、第一・第二レンズアクチュエータ２４，２５、第一・第二駆動部２６，２７、制御部（ＣＰＵ）２８、モータ駆動部２９等が設けられている。また、照射光学系２１は、コリメートレンズ３０、第一λ／４複屈折部材３１、孔開きミラー３２、合焦レンズ３３、変倍レンズ３４、対物レンズ３５から構成されており、このうち合焦レンズ３３と変倍レンズ３４は光軸に沿って移動自在となっている。そして、変倍レンズ３４は第一レンズアクチュエータ２４に接続され、この第一レンズアクチュエータ２４によって駆動されて光軸に沿って移動する。また合焦レンズ３３は第二レンズアクチュエータ２５に接続され、この第二レンズアクチュエータ２５によって駆動されて光軸に沿って移動する。
【００２８】
回転部１２の内部には、ペンタプリズム４０、歯車４１，４２、モータ４３、エンコーダ４４等が設けられている。ペンタプリズム４０は、照射光学系２１の光軸上に設けられ、歯車４１，４２を介して伝達されるモータ４３の回転駆動力により回動（または回転）する。回動部１２はターゲット１３からの偏光反射光束が入射するようになっており、ペンタプリズム４０に入射した偏光反射光束は孔開きミラー３２に向けて偏向され、孔開きミラー３２は反射光検出部２３に偏光反射光束を入射させる。
【００２９】
次に、反射光検出部２３を図５を用いて説明する。図５は、図４と同様、レーザ照射装置の内部構成図であるが、この図５では反射光検出部２３の内部構成を詳細に示し、第一・第二レンズアクチュエータ２４，２５、第一・第二駆動部２６，２７、合焦レンズ３３、変倍レンズ３４は省略してある。
【００３０】
反射光検出部２３には、孔開きミラー３２側の反射光軸上に、コンデンサレンズ５０、第二λ／４複屈折部材５１、ピンホール５２、偏光ビームスプリッタ５３及び第一光電変換器５４が、それぞれ孔開きミラー３２側から順次配設され、さらに偏光ビームスプリッタ５３の反射光軸上に第二光電変換器５５が配設されている。第一光電変換器５４、第二光電変換器５５からの出力は反射光検出回路５６に入力される。
【００３１】
偏光ビームスプリッタ５３は、反射光検出部２３に入射する偏光反射光束を分割して第一光電変換器５４、第二光電変換器５５に入射させる。そして、照射光学系２１から出射された偏光照射光束がλ／４複屈折部材を２回透過して、偏光方向が変えられ本体に戻ってきた偏光反射光束の偏光方向と一致する光束が第一光電変換器５４に、照射光学系２１から射出された偏光照射光束と同方向の偏光方向で本体に戻ってきた偏光反射光束が第二光電変換器５５に入射するように、第二λ／４複屈折部材５１、偏光ビームスプリッタ５３が配設されている。
【００３２】
また、反射光検出回路５６は発振器（図示省略）を具備し、この発振器は同期検波に必要なクロック信号を出力すると共に、発光素子駆動部２２にレーザ発光素子２０をパルス変調するためのクロック信号を発する。
【００３３】
制御部（ＣＰＵ）２８には、エンコーダ４４及び反射光検出部２３からの信号が入力され、ターゲット１３の位置及び偏光変換反射部１３３ａ，１３３ｂの幅を検出し、モータ駆動部２９を介して回動部１２を回転制御すると共に、偏光照射光束がターゲット１３を走査している位置と距離を制御する。
【００３４】
発光素子駆動部２２は、反射光検出回路５６からパルス変調するためのクロック信号を得て、レーザ発光素子２０から射出される偏光照射光束をパルス変調させる。パルス変調させることで受光信号の増幅を容易にすると共にノイズレベルを低下させることができる。
【００３５】
モータ駆動部２９は、制御部２８からの回転方向信号を基に回動部１２のモータ４３を回転制御して偏光照射光束を走査制御する。
【００３６】
操作及び表示部１５は、通常モードであるか合焦モード等を表示すると共に距離を表示しても良い。
【００３７】
次に、上記構成のレーザ照射装置の動作とターゲットの検出方法について説明する。
レーザ発光素子２０から射出された直線偏光の偏光照射光束は、コリメータレンズ３０で平行光束にされ、更に第一λ／４複屈折部材３１を透過することで円偏光の偏光照射光束となる。円偏光照射光束は、孔開きミラー３２、合焦レンズ３３及び変倍レンズ３４を透過後にペンタプリズム４０に導入され、更にペンタプリズム４０により９０度偏向されてレーザ照射装置１０より射出される。
【００３８】
このとき、ターゲット１３上に円偏光照射光束を合焦させるよう操作及び表示部１５が操作されていれば、変倍レンズ３４を合焦に適した倍率の位置に移動させるための制御信号が制御部２８から第一駆動部２６に対して出力され、この制御信号に基づいて第一駆動部２６は第一レンズアクチュエータ２４を駆動する。また、受光器に円偏光照射光束を照射させるよう操作及び表示部１５が操作されていれば、変倍レンズ３４を受光器に適した倍率の位置に移動させるための制御信号が制御部２８から第一駆動部２６に対して出力され、この制御信号に基づいて第一駆動部２６は第一レンズアクチュエータ２４を駆動する。
【００３９】
レーザ照射装置１０より射出された円偏光照射光束は、ターゲット１３に向かって水平方向に照射される。勿論、このときは円偏光照射光束を合焦させるように操作及び表示部１５は操作されている。また、ペンタプリズム４０は歯車４１，４２を介してモータ４３によって回転駆動されており、レーザ光は３６０度の全方向に回転（または回動）しながら照射される。
【００４０】
前述したように、ターゲット１３は偏光保存反射部１３２ａ，１３２ｂと偏光変換反射部１３３ａ，１３３ｂから構成され、偏光保存反射部１３２ａ，１３２ｂで反射された偏光反射光束は入射偏光照射光束の偏光状態が保存された円偏光であり、偏光変換反射部１３３ａ，１３３ｂで反射された偏光反射光束は入射偏光照射光束の偏光状態に対してλ／２位相のずれた円偏光となっている。
【００４１】
ターゲット１３で反射された偏光反射光束は、ペンタプリズム４０により９０度偏向され、変倍レンズ３４及び合焦レンズ３３を透過後に孔開きミラー３２に入射し、孔開きミラー３２は反射光束をコンデンサレンズ５０に向けて反射する。コンデンサレンズ５０は反射光束を収束光として第二λ／４複屈折部材５１に入射する。円偏光で戻ってきた偏光反射光束は第二λ／４複屈折部材５１により直線偏光に変換され、ピンホール５２に入射する。前述したように、偏光保存反射部１３２ａ，１３２ｂで反射された偏光反射光束と偏光変換反射部１３３ａ，１３３ｂで反射された偏光反射光束とでは位相がλ／２異なっているため、第二λ／４複屈折部材５１により直線偏光に変換された２つの偏光反射光束は偏光面が９０度異なっている。
【００４２】
ピンホール５２は、レーザ照射装置１０から射出された偏光照射光束に対して光軸のずれた正対しない反射光束、すなわちターゲット１３以外の不要反射体からの反射光束を第一光電変換器５４、第二光電変換器５５に入射させないようにする作用を有し、ピンホール５２を通過した偏光反射光束は偏光ビームスプリッタ５３に入射する。
【００４３】
偏光ビームスプリッタ５３は、光束を直交する偏光成分に分割する作用を有し、レーザ発光素子２０から射出した偏光照射光束と同様の（１８０度偏光方向が異なる）偏光反射光束を透過し、レーザ発光素子２０から射出した偏光照射光束と９０度偏光方向が異なる偏光反射光束を反射する。第一光電変換器５４、第二光電変換器５５は分割された偏光反射光束をそれぞれ受光する。
【００４４】
第一光電変換器５４、第二光電変換器５５の受光状態は、偏光変換反射部１３３ａ，１３３ｂで反射された偏光反射光束が反射光検出部２３に入射すると、第二λ／４複屈折部材５１と偏光ビームスプリッタ５３の関係から、第一光電変換器５４に入射する光量の方が第二光電変換器５５に入射する光量より多くなり、偏光保存反射部１３２ａ，１３２ｂまたは不要反射体で反射された偏光反射光束が反射光検出部２３に入射すると、第二光電変換器５５に入射する光量の方が第一光電変換器５４に入射する光量より多くなる。
【００４５】
よって、第一光電変換器５４、第二光電変換器５５への偏光反射光束の差をとることにより、図３に示すように、偏光保存反射部１３２ａから偏光変換反射部１３３ａへの変更点ｔ１、および偏光保存反射部１３２ｂから偏光変換反射部１３３ｂへの変更点ｔ２を検出することができる。
【００４６】
そして、ターゲット１３を偏光照射光束が走査した場合の出力信号ｔ３の時間を変更点ｔ１，ｔ２に基づいて測定すると、走査速度とターゲット１３の偏光保存反射部と偏光変換反射部の境界の間隔が既知であるので、レーザ照射装置１０とターゲット１３との距離を算出することができる。
【００４７】
上述の方法は距離の算出を時間測定によって行ったが、レーザ光線が回転した角度をエンコーダ４４により測定すると、同様にターゲット１３の寸法は既知であるのでレーザ照射装置１０とターゲット１３との距離を算出できる。そして、レーザ照射装置１０とターゲット１３との距離が算出されると、その算出結果は制御部２８に入力される。制御部２８は入力され信号から、レーザ照射装置１０からターゲット１３までの距離を換算し、その距離に合焦するように、第二駆動部２８を介して第二レンズアクチュエータ２６を駆動制御して合焦レンズ３３を移動させる。これによって、レーザ照射装置１０から射出したレーザ光線をターゲット１３に合焦することができる。
【００４８】
さらに、λ／４複屈折部材の有無に拘らず、第一光電変換器５４の出力信号からターゲット１３を走査した時に横切る時間を測定し、走査速度との関係から距離を算出できる。そして、算出した距離を基に射出した偏光照射光束をターゲット１３に合焦することができる。
【００４９】
また、反射光検出部２３からの受光信号とエンコーダ４４からの信号とにより、制御部２８は、モータ駆動部２９を介してモータ４３の回転を制御して、回動部１２からの偏光照射光束を３６０度の全方向に照射させたり、ターゲット１３を挟む狭い範囲で往復走査させたりする。さらに、制御部２８は発光素子駆動部２２を介してレーザ発光素子２０の発光を制御（例えば周波数変調）する。
【００５０】
ここで、照射光学系２１に配置された、コリメートレンズ３０、合焦レンズ３３、変倍レンズ３４及び対物レンズ３５の光学的な位置関係について説明する。図６及び図７はこの光学的な位置関係を示しており、図６は低倍率時を、図７は高倍率時をそれぞれ示している。低倍率時には、変倍レンズ３４が合焦レンズ３３から離れた位置へ移動されて、対物レンズ３５から射出される偏光照射光束の径は比較的小さくほぼ平行光となっており、受光器で受光する場合に適した光束となっている。高倍率時には、変倍レンズ３４が合焦レンズ３２に接近した位置へ移動されて、対物レンズ３５から射出される偏光照射光束の径は比較的大きくなっており、ターゲット上に合焦させるのに適した光束となっている。
【００５１】
また、偏光射出光束をターゲット１３上に合焦させるには、図８に示すように、対物レンズ３５を矢印Ｂ方向に移動させるようにしても良い。このとき、対物レンズ３５は実質的な合焦レンズとなっている。対物レンズ３５を移動させる量つまり繰り出し量は、図１０（Ｂ）において、以下の（１）式で与えられる。
【００５２】
ΔＳ₁＝−ｆ₁ ² ÷（Ｓ₁＋ｆ₁）・・・・・・・・（１）
ここで、ΔＳ₁：対物レンズ３５の繰り出し量
Ｓ₁：対物レンズ３５から像点までの距離
ｆ₁：対物レンズ３５の焦点距離
である。
【００５３】
図６に示したように変倍レンズ３４を移動させる場合の繰り出し量についても説明しておく。この場合は、図１０（Ａ）において、物点から変倍レンズ３４までの距離Ｓ₂’の変化量が繰り出し量となる。すなわち、変倍レンズ３４の繰り出し量は以下の（２）式で与えられる。
【００５４】
ΔＳ₂’＝ｆ₂×β₂ ²×Δ÷（ｆ₂＋β₂×Δ）・・・・・・・・（２）
ここで、ΔＳ₂’：変倍レンズ３４の繰り出し量
ｆ₂ ：変倍レンズ３４の焦点距離
β₂ ：変倍レンズの倍率（Ｓ₂’／Ｓ₂）
Δ ：（１）式のΔＳ₁
である。
【００５５】
また、偏光照射光束をターゲット上に合焦させるには、図９のように、合焦レンズ３３だけを矢印Ｃ方向に移動させるようにしても良い。その他、合焦レンズ３３、変倍レンズ３４、対物レンズ３５の少なくともいずれか一つを焦点距離の違うレンズに入れ替えて倍率を変えることも可能である。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、レーザ照射装置本体と照射対象物との距離を算出し、その算出結果からレーザ光の照射倍率を設定しているので、レーザ光の照射倍率の精度が向上し、目視による場合でも、また受光器を使用する場合でも、レーザ光照射位置の検出を正確且つ容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のレーザ照射装置及びレーザ光が照射されるターゲットを示した斜視図である。
【図２】ターゲットの拡大斜視図である。
【図３】ターゲット上での反射光の変化を示しており、（Ａ）はターゲットの正面を、（Ｂ）は反射光の光量変化を示した図である。
【図４】本発明のレーザ照射装置の内部構成図である。
【図５】反射光検出部を詳細に示したレーザ照射装置の内部構成図である。
【図６】低倍率時における照射光学系内の配置図である。
【図７】高倍率時における照射光学系内の配置図である。
【図８】対物レンズを移動させてレーザ径を変える一例を示した図である。
【図９】合焦レンズを移動させてレーザ径を変える一例を示した図である。
【図１０】ビームエキスパンダを説明するためのもので、（Ａ）は変倍レンズを移動させた場合の、（Ｂ）は対物レンズを移動させた場合の図である。
【図１１】所定対象物にレーザ光を照射するための、従来技術による光学配置図である。
【図１２】従来技術による回転レーザ照射装置の光学配置図である。
【符号の説明】
１０レーザ照射装置
１１本体部
１２回動部
１３ターゲット
１５操作及び表示部
２０レーザ発光素子
２１照射光学系
２２発光素子駆動部
２３反射光検出部
２４第一レンズアクチュエータ
２５第二レンズアクチュエータ
２６第一駆動部
２７第二駆動部
２８制御部
２９操作及び表示部
３１第一λ／４複屈折部材
３３合焦レンズ
３４変倍レンズ
４０ペンタプリズム
４３モータ
４４エンコーダ
５１第二λ／４複屈折部材
５３偏光ビームスプリッタ
５４第一光電変換器
５５第二光電変換器
５６反射光検出回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a laser irradiation apparatus, and more particularly to a laser irradiation apparatus used for setting a reference position in a height direction in relation to architectural interiors and civil engineering work.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, rotary laser irradiation apparatuses have been used for building interior construction and civil engineering work, in particular for use in forming lines, planes, and the like based on setting in the height direction, particularly based on a reference height. For example, in the case of architectural interiors, it is used when obtaining a reference horizontal line by positioning a window frame or ceiling surface, etc., and in civil engineering work, it is used when obtaining a reference horizontal surface for embankment or cut surface.
[0003]
In such a rotating laser irradiation apparatus, for example, laser points are formed on the wall surface by irradiating a laser beam toward a wall or the like, and further, the laser beam is irradiated on the wall surface by swinging an arbitrary angle within a horizontal plane. A laser line is formed. The positions of these laser points and laser lines are confirmed visually or with a light receiver or a combination of both, and the laser points are set as reference points and the laser lines are set as reference lines.
[0004]
By the way, when confirming the position of a laser point or a laser line visually, work is mainly limited to work in a room. In outdoor work, it is difficult to confirm the laser beam by sunlight, so it is common to use a light receiver.
[0005]
When visually confirming, the brightness of the laser point or the laser line should be high, and a focused state is preferable. Further, in order to obtain a laser point or a laser line by focusing on a long distance from the laser irradiation apparatus main body, it is necessary to increase the irradiation magnification, and the output laser diameter from the objective lens becomes considerably large.
[0006]
When checking with a light receiver, it is not necessary to focus extremely differently from visual observation. Conversely, a laser diameter having the same diameter regardless of the distance from a short distance to a long distance and a laser diameter having a certain size is preferable.
[0007]
FIG. 11 shows an irradiation optical system in a conventional laser irradiation apparatus for forming a laser point on a predetermined object. As shown in the figure, in the conventional laser irradiation apparatus, the diameter of the objective lens 1 is increased, and the focus point when the laser light from the laser light emitting element 2 is focused at a long distance is reduced.
[0008]
FIG. 12 also shows an irradiation optical system of a so-called rotary laser irradiation apparatus, which is an irradiation optical system in a conventional laser irradiation apparatus and has a focusing function together with the use of a light receiver. As shown in the figure, in this irradiation optical system, a laser light emitting element 3, a collimating lens 4, a focusing lens 5, an objective lens 6 and a pentaprism 7 are provided on the same optical axis. The emitted laser light passes through the collimating lens 4, the focusing lens 5, and the objective lens 6 and is guided to the pentaprism 7, and the irradiation direction is deflected by approximately 90 degrees by the pentaprism 7. Since this irradiation optical system has the contradictory functions of using the light receiver and focusing on the irradiation object, the output laser diameter is much smaller than that in the case of FIG.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
Recently, there is an increasing need for a rotating laser irradiation device that focuses on a long distance. For example, flat floors with few walls and pillars are becoming mainstream in buildings, and in interior work in such buildings, focusing on a long distance and checking laser points and laser lines visually Positioning of window frames and ceiling surfaces has been performed. For this purpose, it is necessary to increase the visibility by increasing the output laser diameter and reducing the focus diameter at a long distance.
[0010]
On the other hand, laser beams having the same diameter are desirable in the light receiver, and when the light receiving portion of the light receiver is composed of a two-part photoelectric conversion element, the laser diameter from each of the photoelectric conversion elements is as long as the laser diameter is a certain size. By comparing the outputs, it is possible to easily detect the center position of the laser light applied to the light receiver. However, if the diameter for focusing is small, only one of the photoelectric conversion elements is irradiated with a slight positional deviation, and it becomes difficult to detect the center position of the laser light. Further, if it is close to the objective lens, it covers the light receiver more than necessary and cannot be detected.
[0011]
As described above, in the case of a rotary laser irradiation apparatus having a light receiver and a visual function, there is a problem that the use of the light receiver and the focusing for visual observation conflict, and the rotary laser irradiation apparatus that does not cause such a problem. Is desired.
[0012]
An object of the present invention is to provide a laser irradiation apparatus capable of accurately and easily detecting a laser beam irradiation position even when visually observed or when a light receiver is used.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, the invention described in claim 1 irradiates an irradiation object disposed at a predetermined distance from the laser irradiation apparatus body while rotating the laser beam in horizontal and vertical planes. In the laser irradiation apparatus, a first optical member that can be switched between a light receiving device that receives and detects laser light and a target that includes a reflecting portion as the irradiation object, and that focuses the laser light to a predetermined distance. And a second optical member that varies the magnification of the laser light, a drive means that moves at least one of the first optical member and the second optical member in the optical axis direction, and the irradiation with the laser light from the reflecting portion. A distance calculating means for calculating a distance to the object,When the irradiation object is a light receiver, the first optical member and the second optical member are in an optical positional relationship of irradiating substantially parallel laser light, and the irradiation object is a target. The first optical member and the second optical member are optically moved to a high-magnification positional relationship based on the distance calculated by the distance calculating means, and irradiate a laser beam that focuses on the target.It is characterized by that.
[0014]
According to the said structure, the distance of a laser irradiation apparatus main body and an irradiation target object is calculated based on a laser reflected light, and the irradiation magnification of a laser beam can be set correctly by using the calculation result. This makes it possible to focus the laser beam on the irradiation object when visually observed, and to make the diameter of the laser beam substantially constant when using a light receiver.
[0015]
  In the invention according to claim 2,When the irradiation object is a light receiver, the driving means moves the first optical member so that the magnification of the second optical member is low and the laser light is irradiated as substantially parallel light.It is characterized by that.
  According to a third aspect of the present invention, when the irradiation object is a target, the driving means sets the magnification of the second optical member to be a high magnification and focuses the laser beam on a certain distance of the target. The first optical member is moved as described above.
[0016]
  According to the configuration of the second aspect, the laser light beam has a relatively small diameter, becomes almost parallel light, and becomes a light beam suitable for light reception by the light receiver.
  According to the third aspect of the present invention, the laser light beam has a relatively large diameter and becomes a light beam suitable for focusing on the target.
[0017]
  According to a fourth aspect of the present invention, a laser beam is horizontally applied to an irradiation object arranged at a predetermined distance from the laser irradiation apparatus main body.And verticalIn the laser irradiation device that irradiates while rotating in the plane,As the irradiation object, a first optical that can be switched to laser light irradiation according to a light receiving device that receives and detects laser light and a target that includes a reflection unit, and focuses the laser light to be irradiated to an arbitrary distance. Focusing of the irradiated laser light by moving at least one of the member, the second optical member that varies the magnification of the laser light to be irradiated according to the irradiation object and the distance, and the first optical member and the second optical member Drive means for varying the distance and magnification, and distance calculation means for calculating the distance to be focused by the laser light from the reflection sectionIt is characterized by that.
[0018]
According to the above configuration, the distance between the laser irradiation apparatus main body and the irradiation object is calculated based on the laser reflected light, and based on the calculation result, the driving unit moves at least one of the first optical member and the second optical member. Move in the direction of the optical axis. Thereby, the laser beam can be focused on the irradiation object, and the diameter of the laser beam can be made substantially constant.
[0019]
  In invention of Claim 5, the said laser irradiation apparatus main body is:Laser light at a certain distance of the targetIt also has a function of irradiating while swinging at an arbitrary angle.
[0020]
  With the above configuration, the laser beamEntrustIrradiation can be performed while swinging at an arbitrary angle, and not only laser points but also laser lines can be formed on the irradiation object. In this case, an arbitrary angle can be set to 360 degrees or more.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, as a representative example of an embodiment of the present invention, a rotary laser irradiation apparatus will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is an external view of a rotating laser irradiation apparatus and a target as an irradiation object that reflects laser light from the laser irradiation apparatus. As shown in the figure, the laser irradiation apparatus 10 has a main body 11 and a rotating part 12. Laser light is emitted from the rotating unit 12 toward the target 13, and a reference surface is formed by the laser light. The target 13 is attached to the surface of the wall 14 of the building structure.
[0022]
The rotating unit 12 rotates in a predetermined direction at a predetermined speed, and the irradiation direction of the laser light changes in the direction of arrow A as the rotating unit 12 rotates. Thereby, the laser beam scans the target 13. Further, since the laser beam from the rotating unit 12 is normally irradiated in the horizontal direction, the laser irradiated onto the target 13 if the position of the rotating unit 12 in the height direction is set to a predetermined position. The position in the height direction of the light can also be a predetermined position.
[0023]
A detailed configuration of the target 13 is shown in FIG. In the target 13, a reflective layer 132 is stuck on a substrate 131, and a λ / 4 birefringent member 133 is stuck on about half of the reflective layer 132. Polarization preserving / reflecting portions 132a and 132b that preserve and reflect the polarization direction of the incident light flux are formed on the exposed portion of the reflective layer 132, and the incident light flux is provided on the portion on which the λ / 4 birefringent member 133 is attached. Polarization conversion reflection parts 133a and 133b that change the polarization direction and reflect the light are formed. The reflective layer 132 is made of a retroreflective material, and includes a plurality of minute corner cubes or spherical reflectors. Further, the reflection surface on which the λ / 4 birefringent member 133 is attached has an effect that the polarized reflected light beam causes a phase difference of λ / 2 with respect to the incident light beam. Therefore, the reflected light beam passes through the λ / 4 birefringent member 133 twice with respect to the incident light beam, and when the circularly polarized light is incident, the reflected light becomes reversely rotated circularly polarized light, and when the linearly polarized light is incident, the reflected light is incident. It has a plane of polarization perpendicular to the light.
[0024]
In the following description, the laser light emitted from the laser light emitting element 20 and irradiated onto the target 13 will be referred to as a polarized irradiation light beam, and the reflected light of the laser light at the target 13 will be referred to as a polarized reflected light beam.
[0025]
When the main body 11 recognizes that the polarized irradiation light beam from the rotating unit 12 has scanned the target 13, the main body unit 11 controls the operation of the rotating unit 12 to perform reciprocal scanning in a narrow range where the polarized irradiation light beam sandwiches the target 13. Try to repeat. At this time, the rotating unit 12 can increase the visual brightness by reciprocating scanning at a speed higher than a certain speed. Furthermore, the visibility can be improved by focusing the polarized irradiation light beam on the position of the target 13.
[0026]
In FIG. 1, reference numeral 15 denotes an operation and display unit provided on the side surface of the main body unit 11. By operating this operation and display unit 15, the diameter of the polarized irradiation light beam from the rotating unit 12 is changed. Can do. That is, it is possible to obtain a light beam diameter suitable for focusing on the target 13 or a light beam diameter of parallel light corresponding to a reflected light detection unit (23 in FIG. 4) described later.
[0027]
FIG. 4 is an internal block diagram of the laser irradiation apparatus according to the present invention. The laser irradiation apparatus 10 has the main body part 11 and the rotation part 12 as described above. Inside the main body 11, a laser light emitting element 20, which is a light source, an irradiation optical system 21, a light emitting element driving unit 22, a reflected light detecting unit 23, first and second lens actuators 24 and 25, first and second driving. Units 26 and 27, a control unit (CPU) 28, a motor drive unit 29, and the like are provided. The irradiation optical system 21 includes a collimating lens 30, a first λ / 4 birefringent member 31, a perforated mirror 32, a focusing lens 33, a variable power lens 34, and an objective lens 35. The lens 33 and the zoom lens 34 are movable along the optical axis. The variable power lens 34 is connected to the first lens actuator 24 and is driven by the first lens actuator 24 to move along the optical axis. The focusing lens 33 is connected to the second lens actuator 25 and is driven by the second lens actuator 25 to move along the optical axis.
[0028]
Inside the rotating unit 12, a pentaprism 40, gears 41 and 42, a motor 43, an encoder 44, and the like are provided. The pentaprism 40 is provided on the optical axis of the irradiation optical system 21, and is rotated (or rotated) by the rotational driving force of the motor 43 transmitted via the gears 41 and 42. The rotating unit 12 is configured such that a polarized reflected light beam from the target 13 is incident thereon. The polarized reflected light beam incident on the pentaprism 40 is deflected toward the aperture mirror 32, and the aperture mirror 32 is reflected light detection unit. A polarized reflected light beam is made incident on 23.
[0029]
Next, the reflected light detection unit 23 will be described with reference to FIG. FIG. 5 is an internal configuration diagram of the laser irradiation apparatus as in FIG. 4, but in FIG. 5, the internal configuration of the reflected light detection unit 23 is shown in detail, and the first and second lens actuators 24 and 25, the first The second driving units 26 and 27, the focusing lens 33, and the variable power lens 34 are omitted.
[0030]
The reflected light detector 23 includes a condenser lens 50, a second λ / 4 birefringent member 51, a pinhole 52, a polarization beam splitter 53, and a first photoelectric converter 54 on the reflected optical axis on the aperture mirror 32 side. The second photoelectric converter 55 is disposed on the reflection optical axis of the polarization beam splitter 53 in order from the perforated mirror 32 side. Outputs from the first photoelectric converter 54 and the second photoelectric converter 55 are input to the reflected light detection circuit 56.
[0031]
  The polarization beam splitter 53 splits the polarized reflected light beam incident on the reflected light detection unit 23 and causes the light beam to enter the first photoelectric converter 54 and the second photoelectric converter 55. AndIrradiationA polarized light beam emitted from the optical system 21 passes through the λ / 4 birefringence member twice, and a light beam whose polarization direction is changed and coincides with the polarization direction of the polarized reflected light beam returned to the main body is the first photoelectric converter. 54,IrradiationThe second λ / 4 birefringent member 51, the polarized beam so that the polarized reflected light beam that has returned to the main body in the same polarization direction as the polarized irradiation beam emitted from the optical system 21 enters the second photoelectric converter 55. A splitter 53 is provided.
[0032]
The reflected light detection circuit 56 includes an oscillator (not shown). The oscillator outputs a clock signal necessary for synchronous detection, and a clock signal for pulse-modulating the laser light emitting element 20 to the light emitting element driving unit 22. To emit.
[0033]
The control unit (CPU) 28 receives signals from the encoder 44 and the reflected light detection unit 23, detects the position of the target 13 and the widths of the polarization conversion reflection units 133 a and 133 b, and rotates them via the motor drive unit 29. The moving unit 12 is controlled to rotate, and the position and distance at which the polarized irradiation light beam scans the target 13 are controlled.
[0034]
The light emitting element driving unit 22 obtains a clock signal for pulse modulation from the reflected light detection circuit 56 and performs pulse modulation on the polarized irradiation light beam emitted from the laser light emitting element 20. By performing pulse modulation, it is possible to easily amplify the received light signal and reduce the noise level.
[0035]
The motor driving unit 29 controls the rotation of the motor 43 of the rotating unit 12 based on the rotation direction signal from the control unit 28 to scan the polarized irradiation light beam.
[0036]
The operation and display unit 15 may display the distance while displaying the normal mode or the focusing mode.
[0037]
Next, the operation of the laser irradiation apparatus configured as described above and the target detection method will be described.
The linearly polarized polarized irradiation light beam emitted from the laser light emitting element 20 is converted into a parallel light beam by the collimator lens 30 and further passes through the first λ / 4 birefringent member 31 to become a circularly polarized polarized light irradiation light beam. The circularly polarized irradiation light beam passes through the perforated mirror 32, the focusing lens 33, and the variable magnification lens 34, is introduced into the pentaprism 40, is further deflected by 90 degrees by the pentaprism 40, and is emitted from the laser irradiation apparatus 10.
[0038]
At this time, if the operation and the display unit 15 are operated so as to focus the circularly polarized irradiation light beam on the target 13, a control signal for moving the variable magnification lens 34 to a position of a magnification suitable for focusing is controlled. The first drive unit 26 drives the first lens actuator 24 based on the control signal output from the unit 28 to the first drive unit 26. Further, if the operation and the display unit 15 are operated so as to irradiate the light receiving device with the circularly polarized irradiation light beam, a control signal for moving the zoom lens 34 to a position of a magnification suitable for the light receiving device is sent from the control unit 28. The first driving unit 26 drives the first lens actuator 24 based on the control signal output to the first driving unit 26.
[0039]
The circularly polarized irradiation light beam emitted from the laser irradiation device 10 is irradiated in the horizontal direction toward the target 13. Of course, at this time, the operation and display unit 15 is operated so as to focus the circularly polarized light beam. The pentaprism 40 is driven to rotate by a motor 43 via gears 41 and 42, and laser light is emitted while rotating (or rotating) in all directions of 360 degrees.
[0040]
As described above, the target 13 includes the polarization preserving / reflecting parts 132a and 132b and the polarization conversion reflecting parts 133a and 133b, and the polarized light reflected by the polarization preserving / reflecting parts 132a and 132b has a polarization state of the incident polarized light. The circularly polarized light that has been stored and is reflected by the polarization conversion reflectors 133a and 133b is circularly polarized light having a λ / 2 phase shift with respect to the polarization state of the incident polarized light irradiation light beam.
[0041]
The polarized reflected light beam reflected by the target 13 is deflected 90 degrees by the pentaprism 40, passes through the variable magnification lens 34 and the focusing lens 33, and enters the aperture mirror 32. The aperture mirror 32 converts the reflected beam into the condenser lens. Reflects toward 50. The condenser lens 50 enters the second λ / 4 birefringent member 51 with the reflected light beam as convergent light. The polarized light reflected by the circularly polarized light is converted into linearly polarized light by the second λ / 4 birefringent member 51 and enters the pinhole 52. As described above, the phase of the polarized reflected light flux reflected by the polarization preserving / reflecting sections 132a and 132b and the polarized reflected light flux reflected by the polarization conversion reflecting sections 133a and 133b are different from each other by λ / 2. The planes of polarization of the two polarized reflected light fluxes converted to linearly polarized light by the four birefringent member 51 differ by 90 degrees.
[0042]
The pinhole 52 converts a reflected light beam that is not directly opposed to the polarized irradiation light beam emitted from the laser irradiation device 10, that is, a reflected light beam from an unnecessary reflector other than the target 13, to the first photoelectric converter 54, The polarized reflected light beam that has the function of preventing incidence on the second photoelectric converter 55 and has passed through the pinhole 52 is incident on the polarization beam splitter 53.
[0043]
The polarization beam splitter 53 has an action of splitting the light beam into orthogonal polarization components, transmits a polarized reflected light beam that is the same as the polarized irradiation light beam emitted from the laser light emitting element 20 (with a 180-degree polarization direction different), and emits laser light. A polarized reflected light beam having a 90-degree polarization direction different from the polarized irradiation light beam emitted from the element 20 is reflected. The first photoelectric converter 54 and the second photoelectric converter 55 receive the split polarized reflected light beams, respectively.
[0044]
The light receiving states of the first photoelectric converter 54 and the second photoelectric converter 55 are the second λ / 4 birefringence member when the polarized reflected light beam reflected by the polarization conversion reflection units 133a and 133b enters the reflected light detection unit 23. 51 and the polarization beam splitter 53, the amount of light incident on the first photoelectric converter 54 is larger than the amount of light incident on the second photoelectric converter 55, and is reflected by the polarization preserving reflection units 132a and 132b or unnecessary reflectors. When the polarized reflected light beam is incident on the reflected light detection unit 23, the amount of light incident on the second photoelectric converter 55 is greater than the amount of light incident on the first photoelectric converter 54.
[0045]
Therefore, by taking the difference in the polarization reflected light flux to the first photoelectric converter 54 and the second photoelectric converter 55, as shown in FIG. 3, the change point t1 from the polarization preserving / reflecting part 132a to the polarization converting / reflecting part 133a. , And a change point t2 from the polarization preserving / reflecting part 132b to the polarization converting / reflecting part 133b.
[0046]
When the time of the output signal t3 when the polarized light beam is scanned on the target 13 is measured based on the change points t1 and t2, the scanning speed and the interval between the polarization preserving reflection part and the polarization conversion reflection part of the target 13 are determined. Since it is known, the distance between the laser irradiation apparatus 10 and the target 13 can be calculated.
[0047]
In the above method, the distance is calculated by measuring the time. However, when the angle at which the laser beam is rotated is measured by the encoder 44, the dimension of the target 13 is similarly known, so that the distance between the laser irradiation apparatus 10 and the target 13 is calculated. It can be calculated. When the distance between the laser irradiation apparatus 10 and the target 13 is calculated, the calculation result is input to the control unit 28. The control unit 28 converts the distance from the laser irradiation apparatus 10 to the target 13 from the input signal, and drives and controls the second lens actuator 26 via the second drive unit 28 so as to focus on the distance. The focusing lens 33 is moved. Thereby, the laser beam emitted from the laser irradiation apparatus 10 can be focused on the target 13.
[0048]
Further, regardless of the presence or absence of the λ / 4 birefringent member, the distance that is traversed when the target 13 is scanned from the output signal of the first photoelectric converter 54 can be measured, and the distance can be calculated from the relationship with the scanning speed. Then, the polarized irradiation light beam emitted based on the calculated distance can be focused on the target 13.
[0049]
Further, the control unit 28 controls the rotation of the motor 43 via the motor drive unit 29 based on the light reception signal from the reflected light detection unit 23 and the signal from the encoder 44, and the polarized irradiation light beam from the rotation unit 12. Is irradiated in all directions of 360 degrees, or reciprocating scanning is performed in a narrow range across the target 13. Further, the control unit 28 controls light emission (for example, frequency modulation) of the laser light emitting element 20 via the light emitting element driving unit 22.
[0050]
Here, the optical positional relationship among the collimating lens 30, the focusing lens 33, the variable power lens 34, and the objective lens 35 disposed in the irradiation optical system 21 will be described. 6 and 7 show this optical positional relationship. FIG. 6 shows a low magnification and FIG. 7 shows a high magnification. When the magnification is low, the zoom lens 34 is moved to a position away from the focusing lens 33, and the diameter of the polarized irradiation light beam emitted from the objective lens 35 is relatively small and becomes almost parallel light. The luminous flux is suitable for At the time of high magnification, the variable magnification lens 34 is moved to a position close to the focusing lens 32, and the diameter of the polarized irradiation light beam emitted from the objective lens 35 is relatively large so that it can be focused on the target. The luminous flux is suitable.
[0051]
Further, in order to focus the polarized outgoing light beam on the target 13, the objective lens 35 may be moved in the arrow B direction as shown in FIG. At this time, the objective lens 35 is a substantial focusing lens. The amount by which the objective lens 35 is moved, that is, the feed amount is given by the following equation (1) in FIG.
[0052]
ΔS₁= -F₁ ² ÷ (S₁+ F₁(1)
Where ΔS₁: Amount of extension of the objective lens 35
S₁: Distance from the objective lens 35 to the image point
f₁: Focal length of objective lens 35
It is.
[0053]
The amount of extension when the variable magnification lens 34 is moved as shown in FIG. 6 will also be described. In this case, the distance S from the object point to the zoom lens 34 in FIG.₂The amount of change of 'becomes the feed amount. That is, the amount of extension of the zoom lens 34 is given by the following equation (2).
[0054]
ΔS₂'= F₂× β₂ ²× Δ ÷ (f₂+ Β₂× Δ) (2)
Where ΔS₂': Amount of extension of the zoom lens 34
f₂ : Focal length of variable magnification lens 34
β₂ : Magnification of magnification lens (S₂’/ S₂)
Δ: ΔS in equation (1)₁
It is.
[0055]
In order to focus the polarized irradiation light beam on the target, only the focusing lens 33 may be moved in the arrow C direction as shown in FIG. In addition, it is possible to change the magnification by replacing at least one of the focusing lens 33, the zoom lens 34, and the objective lens 35 with a lens having a different focal length.
[0056]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the distance between the laser irradiation apparatus main body and the irradiation object is calculated, and the irradiation magnification of the laser beam is set from the calculation result. The laser beam irradiation position can be detected accurately and easily even when visually observed or when using a light receiver.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a laser irradiation apparatus of the present invention and a target irradiated with laser light.
FIG. 2 is an enlarged perspective view of a target.
FIGS. 3A and 3B show changes in reflected light on the target, where FIG. 3A shows the front of the target and FIG. 3B shows changes in the amount of reflected light.
FIG. 4 is an internal configuration diagram of a laser irradiation apparatus of the present invention.
FIG. 5 is an internal configuration diagram of a laser irradiation apparatus showing a reflected light detection unit in detail.
FIG. 6 is a layout view in the irradiation optical system at a low magnification.
FIG. 7 is a layout view in an irradiation optical system at high magnification.
FIG. 8 is a diagram showing an example of changing a laser diameter by moving an objective lens.
FIG. 9 is a diagram showing an example of changing a laser diameter by moving a focusing lens.
FIGS. 10A and 10B are diagrams for explaining a beam expander, in which FIG. 10A is a diagram when the zoom lens is moved, and FIG. 10B is a diagram when the objective lens is moved.
FIG. 11 is an optical layout diagram according to the prior art for irradiating a predetermined object with laser light.
FIG. 12 is an optical layout diagram of a conventional rotary laser irradiation apparatus.
[Explanation of symbols]
10 Laser irradiation equipment
11 Body
12 Rotating part
13 Target
15 Operation and display section
20 Laser light emitting device
21 Irradiation optics
22 Light Emitting Element Drive Unit
23 Reflected light detector
24 First lens actuator
25 Second lens actuator
26 First drive part
27 Second drive unit
28 Control unit
29 Operation and display section
31 First λ / 4 Birefringent Member
33 Focusing lens
34 Variable magnification lens
40 penta prism
43 Motor
44 Encoder
51 Second λ / 4 Birefringent Member
53 Polarizing Beam Splitter
54 First photoelectric converter
55 Second photoelectric converter
56 Reflected light detection circuit

Claims

レーザ照射装置本体から所定距離を置いて配置された照射対象物に対して、レーザ光を水平及び垂直面内で回転しながら照射するレーザ照射装置において、
前記照射対象物として、レーザ光を受光検出する受光器と、反射部を備えたターゲットとに切り替え可能であり、前記レーザ光を所定の距離に合焦する第１光学部材と、レーザ光の倍率を可変する第２光学部材と、前記第１光学部材と前記第２光学部材の少なくとも一方を光軸方向に移動させる駆動手段と、前記反射部からのレーザ光により前記照射対象物までの距離を算出する距離算出手段とを備え、
前記照射対象物が受光器の場合は、前記第１光学部材と前記第２光学部材はほぼ平行光のレーザ光を照射する光学的な位置関係にあって、
前記照射対象物がターゲットの場合は、前記第１光学部材と前記第２光学部材は前記距離算出手段により算出した距離に基づいて光学的に高倍率の位置関係に移動し、ターゲットに合焦するレーザ光を照射することを特徴とするレーザ照射装置。In the laser irradiation apparatus that irradiates the irradiation object arranged at a predetermined distance from the laser irradiation apparatus main body while rotating the laser light in the horizontal and vertical planes,
The irradiation object can be switched between a light receiving device that receives and detects laser light and a target that includes a reflecting portion, a first optical member that focuses the laser light at a predetermined distance, and a magnification of the laser light. A second optical member that can change the distance, a drive unit that moves at least one of the first optical member and the second optical member in the optical axis direction, and a distance to the irradiation object by a laser beam from the reflection unit. A distance calculating means for calculating,
When the irradiation object is a light receiver, the first optical member and the second optical member are in an optical positional relationship of irradiating substantially parallel laser light,
When the irradiation object is a target, the first optical member and the second optical member are optically moved to a high-magnification positional relationship based on the distance calculated by the distance calculation unit, and are focused on the target. the laser irradiation apparatus and then irradiating a laser beam.

前記照射対象物が受光器の場合に、前記駆動手段にて前記第２光学部材の倍率を低倍率とし、ほぼ平行光としてレーザ光を照射するように前記第１光学部材を移動することを特徴とする請求項１記載のレーザ照射装置。 When the irradiation object is a light receiver, the driving means moves the first optical member so that the magnification of the second optical member is low and the laser beam is irradiated as substantially parallel light. The laser irradiation apparatus according to claim 1.

前記照射対象物がターゲットの場合に、前記駆動手段にて前記第２光学部材の倍率を高倍率とし、前記ターゲットのある距離にレーザ光を合焦するように前記第１光学部材を移動することを特徴とする請求項１記載のレーザ照射装置。 When the object to be irradiated is a target, the driving means sets the magnification of the second optical member to a high magnification, and moves the first optical member so that the laser beam is focused at a certain distance of the target. the laser irradiation apparatus according to claim 1 Symbol mounting characterized.

レーザ照射装置本体から所定距離を置いて配置された照射対象物に対して、レーザ光を水平及び垂直面内で回転しながら照射するレーザ照射装置において、
前記照射対象物として、レーザ光を受光検出する受光器と、反射部を備えたターゲットとに応じたレーザ光照射に切り替え可能であり、照射するレーザ光を任意の距離に合焦する第１光学部材と、前記照射対象物及び距離に応じて照射するレーザ光の倍率を可変する第２光学部材と、前記第１光学部材と前記第２光学部材の少なくとも一方を移動し照射レーザ光の合焦距離と倍率を可変させる駆動手段と、前記反射部からのレーザ光により合焦する距離を算出する距離算出手段とを備えたことを特徴とするレーザ照射装置。In the laser irradiation apparatus that irradiates the irradiation object arranged at a predetermined distance from the laser irradiation apparatus main body while rotating the laser light in the horizontal and vertical planes,
As the irradiation object, a first optical that can be switched to laser light irradiation according to a light receiving device that receives and detects laser light and a target that includes a reflection unit, and focuses the laser light to be irradiated to an arbitrary distance. Focusing of the irradiated laser light by moving at least one of the member, the second optical member that varies the magnification of the laser light to be irradiated according to the irradiation object and the distance, and the first optical member and the second optical member A laser irradiation apparatus comprising: a drive unit that varies a distance and a magnification; and a distance calculation unit that calculates a distance to be focused by laser light from the reflection unit .

前記レーザ照射装置本体は、前記ターゲットのある距離にレーザ光を任意の角度で振りながら照射する機能も有することを特徴とする請求項１又は４記載のレーザ照射装置。5. The laser irradiation apparatus according to claim 1, wherein the laser irradiation apparatus main body also has a function of irradiating a laser beam at an arbitrary angle at a certain distance of the target .