JPH08338724A - 測量機の自動傾き補正装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高い補正精度を維持することができる測量機
の自動傾き補正装置を提供する。 【構成】 レーザダイオード１から出射されたレーザ光
を平行光にするコリメータレンズ２と、シリコーンオイ
ルＣが収容された透明容器３と、入射側凸レンズ４及び
出射側凸レンズ５で構成され、シリコーンオイルＣの自
由液面を透過したレーザ光の傾きを拡大するケプラー式
望遠鏡６とを備え、出射側凸レンズ５からの出射光が鉛
直方向へ出射されるように、入射側凸レンズ４の内部空
間にシリコーンオイルＣを収容し、入射側凸レンズ４及
び出射側凸レンズ５の焦点距離をシリコーンオイルＣの
屈折率に応じて設定した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は測量機の自動傾き補正
装置に関し、特に建設作業に用いられるレーザ投光測量
機の傾き補正装置として好適な自動傾き補正装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来のレーザ投光測量機の自動傾き補正
装置としては図５及び図６に示すものが知られている
（特開昭６３−２２２２１４号公報）。

【０００３】図５は従来の自動傾き補正装置を備えたレ
ーザ投光測量機の縦断面図、図６は図５のレーザ投光測
量機が傾いた状態を示す縦断面図である。

【０００４】このレーザ投光測量機の測量機本体１０９
の下部には整準装置１０８が設けられている。測量機本
体１０９内の上部にはレーザ光Ｌを下方へ向けて出射す
ることができるようにレーザダイオード１０１が設けら
れ、レーザダイオード１０１の下方には自動傾き補正装
置が設けられている。

【０００５】自動傾き補正装置は、レーザダイオード１
０１から下方へ出射されたレーザ光Ｌを平行光にする投
光レンズ１０２と、投光レンズ１０２からの平行光が透
過される透明容器１０３とを備えている。透明容器１０
３内は上下２つの部屋に区分され、各部屋にはシリコー
ンオイルＣ１，Ｃ２がそれぞれ封入され、しかも各部屋
の上部にはシリコーンオイルＣ１，Ｃ２の液面と接する
空間１０８ａ，１０８ｂが形成されている。透明容器１
０３の上平面部１０３ａ、中平面部１０３ｂ及び下平面
部１０３ｃは互いに平行である。

【０００６】図６に示すように、測量機本体１０９が角
度θ１だけ傾いた場合、透明容器１０３内のシリコーン
オイルＣ１，Ｃ２は勾配角θ１をもつ楔状になる。レー
ザダイオード１０１から出射され、投光レンズ１０２で
平行光になったレーザ光Ｌは楔状のシリコーンオイルＣ
１，Ｃ２を透過するときに屈折し、偏角θ２のレーザ光
Ｌとなって測量機本体１０９の外部へ出射される。

【０００７】シリコーンオイルＣ１，Ｃ２の屈折率をそ
れぞれ、ｎ１，ｎ２とすると、補正の条件式θ２＝（ｎ
１＋ｎ２−２）θ１が与えられ、ｎ１＝ｎ２＝１．５の
シリコーンオイルＣ１，Ｃ２を使用すれば、レーザ光Ｌ
の傾き補正が成り立つことになる。すなわち、レーザ光
Ｌが自動的に鉛直方向へ指向するように補正され、測量
機本体１０９の傾斜による測定誤差が補正される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述のレー
ザ投光測量機においては、温度変化（例えば−２０゜〜
＋５０）によってシリコーンオイルの屈折率が変化し、
その結果補正精度が悪くなるという問題があった。

【０００９】この発明はこのような事情に鑑みてなされ
たもので、その課題は高い補正精度を維持することがで
きる測量機の自動傾き補正装置を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め請求項１記載の発明のレーザ投光装置の自動傾き補正
装置は、光源から出射された光を平行光にする第１の光
学部材と、自由液面を有する透明な第１の液体が収容さ
れた容器とを備えた測量機の自動傾き補正装置におい
て、入射側光学部材と出射側光学部材とで構成され、前
記第１の液体の自由液面を透過した光の傾きを変更する
第２の光学部材を備え、前記出射側光学部材からの出射
光が鉛直方向へ出射されるように、前記入射側光学部材
の内部空間に透明の第２の液体を収容し、前記入射側光
学部材と前記出射側光学部材との焦点距離を前記第１の
液体の屈折率に応じて設定した。

【００１１】請求項２記載の発明のレーザ投光装置の自
動傾き補正装置は、前記入射側光学部材の上部内壁面
を、前記第２の液体中の気泡を光軸中心を外れた位置に
集める凹面又は傾斜面にした。

【００１２】請求項３記載の発明のレーザ投光装置の自
動傾き補正装置は、光源から出射された光を平行光にす
る第１の光学部材と、自由液面を有する透明な液体が収
容され、入射面及び出射面を有する容器とを備えた測量
機の自動傾き補正装置において、入射側光学部材と出射
側光学部材とで構成され、前記液体の自由液面を透過し
た光の傾きを変更する第２の光学部材を備え、前記入射
側光学部材が前記容器の入射面又は出射面を構成し、前
記出射側光学部材からの出射光が鉛直方向へ出射される
ように、前記入射側光学部材と前記出射側光学部材との
焦点距離を前記液体の屈折率に応じて設定した。

【００１３】

【作用】請求項１記載の発明のレーザ投光装置の自動傾
き補正装置では、容器内に収容されたの第１の液体の屈
折率が変化すると、第１の液体の屈折角も変化するが、
第２の光学部材の入射側光学部材の焦点距離が変化し、
第２の光学部材の倍率も変化するので、第２の光学部材
の出射側光学部材からの出射光の補正角度は温度変化に
よる第１の液体の屈折率の変化をキャンセルすることが
できる。

【００１４】請求項２記載の発明のレーザ投光装置の自
動傾き補正装置では、前記入射側光学部材の上部内壁面
を、前記第２の液体中の気泡を光軸中心を外れた位置に
集める凹面又は傾斜面にしたので、第２の液体中の気泡
が光路に影響を与えない。

【００１５】請求項３記載の発明のレーザ投光装置の自
動傾き補正装置では、第２の光学部材の出射側光学部材
からの出射光の補正角度は温度変化による第１の液体の
屈折率の変化をほとんどキャンセルすることができる。

【００１６】

【実施例】以下この発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１７】図１はこの発明の第１実施例に係る自動傾
き補正装置を示す全体構成図である。

【００１８】自動傾き補正装置は、レーザダイオード
（光源）１から上方へ出射されたレーザ光Ｌを平行光に
するコリメータレンズ（第１の光学部材）２と、コリメ
ータレンズ２からの平行光が透過される透明容器（容
器）３と、透明容器３からの出射光Ｌの傾きを拡大する
ケプラー式望遠鏡（第２の光学部材）６とで構成されて
いる。この自動傾き補正装置を構成するコリメータレン
ズ２等は、例えば図示しないレーザ投光測量機の本体内
にそれぞれ固定される。

【００１９】前記レーザダイオード１はコリメータレン
ズ２の焦点距離ｆ１の位置に配置されている。

【００２０】前記透明容器３の上面３ａと下面３ｂとは
互いに平行であり、透明容器３内には屈折率ｎ＝１．４
１のシリコーンオイル（透明な第１の液体）Ｃ1 が封入
され、しかも透明容器３内にはシリコーンオイルＣ1 の
液面と接する空間７が形成されている。シリコーンオイ
ルＣ1 は透明容器３の容積の約１／４を占める。

【００２１】前記ケプラー式望遠鏡６は、内部空間にシ
リコーンオイル（透明な第２の液体）Ｃ2 が封入され、
且つ透明容器３を透過した光を集光して、焦点距離ｆ２
の位置にレーザダイオード１の２次光源１１を作る入射
側凸レンズ（入射側光学部材）４と、２次光源１１から
の光を平行光にする出射側凸レンズ（出射側光学部材）
５とで構成されている。シリコーンオイルＣ2 とシリコ
ーンオイルＣ1 との温度特性、屈折率は同じである。

【００２２】前記入射側凸レンズ４と出射側凸レンズ５
との焦点距離ｆ２，ｆ３はシリコーンオイルＣ1 の屈折
率に応じて設定されている。入射側凸レンズ４の上部内
壁面４ａは傾斜面であり、シリコーンオイルＣ2 中の気
泡は光軸中心を外れた位置に集められる。

【００２３】次に、この自動傾き補正装置の動作原理を
説明する。

【００２４】レーザダイオード１からのレーザ光Ｌはコ
リメータレンズ２で平行光になり、透明容器３内のシリ
コーンオイルＣ1 に入射する。レーザ投光測量機の本体
が角度θ１だけ傾いた場合、透明容器３も傾くが、透明
容器３内のシリコーンオイルＣ1 の液面は水平を保つの
で、勾配角θ１をもつ楔状になる。このシリコーンオイ
ルＣ1 を透過したレーザ光Ｌは角度θ２、 θ２＝（ｎ−１）・θ１ （１）式 だけ傾き、ケプラー式望遠鏡６に入射する。（ｎはシリ
コーンオイルの屈折率） θ２の傾きをもったレーザ光Ｌは、入射側凸レンズ４の
焦点距離ｆ２と出射側凸レンズ５の焦点距離ｆ３とによ
る倍率によって、角度θ３、 θ３＝θ２・ｆ２／ｆ３ （２）式 をもったレーザ光Ｌになり、鉛直上方へ出射される。

【００２５】つまり、自動傾き補正された角度θ３は、
（２）式に（１）式を代入し、 θ３＝｛（ｎ−１）・θ１｝・ｆ２／ｆ３ （３）式 となる。

【００２６】（３）式より、装置全体の傾き角度θ１と
補正された角度θ３は等しくなければならないので、θ
１＝θ３＝θと置くと、 ｆ２／ｆ３＝１／（ｎ−１） （４）式 の傾き補正の条件が導き出される。

【００２７】シリコーンオイルＣ1 はレーザ投光測量機
の本体に生じる振動の減衰を考慮し、粘性などの点で適
当なものを自由に選ぶことができる。このようにしてシ
リコーンオイルＣ1 の屈折率が決まるので、ケプラー式
望遠鏡６内の入射側凸レンズ４及び出射側凸レンズ５の
焦点距離ｆ２，ｆ３を傾き補正の条件式を満たすように
設定すればよい。

【００２８】次に、温度変化があった場合の補正機能を
説明する。

【００２９】温度変化により、前記透明容器３内のシリ
コーンオイルＣ1 の屈折率がΔｎ変化し、入射側凸レン
ズ４内のシリコーンオイルＣ2 の屈折率も変化し、焦点
距離ｆ２がｆ２′に変化すると、前記（４）式の補正条
件は、 ｆ２′／ｆ３＝１／（ｎ＋Δｎ−１） （４）′式 となる。前記入射側凸レンズ４の曲率半径をそれぞれｒ
１，ｒ２とすると、レンズの関係式は、 １／ｆ２＝（ｎ−１）・（１／ｒ１−１／ｒ２） （５）式 であるから、シリコーンオイルＣ1 の屈折率ｎが変化す
ると、 となり、＝１／ｆ２と、変化分の＝１／Δｆ２にな
り、 １／ｆ２′＝（１／ｆ２）＋（１／Δｆ２） （５）″式 よって、ｆ２′は、 ｆ２′＝（ｆ２・Δｆ２）／（ｆ２＋Δｆ２） （６）式 更に、ｆ２′／ｆ３に（６）式を代入して、 ｆ２′／ｆ３＝（ｆ２／ｆ３）・Δｆ２／（ｆ２＋Δｆ２） （７）式 これに、（４）式、（５）′式を代入すると、 ｆ２′／ｆ３＝1/(n-1) ・(1／Δn)/{(1/(n-1))+(1/n)} ＝１／（ｎ＋Δｎ−１） （８）式 となり、（４）′式と一致する。

【００３０】すなわち、透明容器３内のシリコーンオイ
ルＣ1 の屈折率ｎが変化すると、屈折角θ２が変化する
が、入射側凸レンズ４の焦点ｆ２が変化し、拡大倍率も
変化するので、補正角度θ３は温度変化によるシリコー
ンオイルＣ1 の屈折率ｎの変化をキャンセルすることが
できる。

【００３１】この自動傾き補正装置の応用例の１つとし
ては、レーザ光Ｌを鉛直上方へ出射するレーザ投光測量
機が考えられる。

【００３２】この第１実施例の自動傾き補正装置によれ
ば、温度変化によってシリコーンオイルＣ1 の屈折率が
変化したとしても、高い補正精度を維持することができ
る。

【００３３】図２はこの発明の第２実施例に係る自動傾
き補正装置を示す全体構成図である。前述の実施例と共
通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。

【００３４】第１実施例ではレーザダイオード１から上
方へレーザ光Ｌを出射させた場合の傾き補正について述
べたが、この第２実施例ではレーザダイオード１から下
方へレーザ光Ｌを出射させた場合の傾き補正について述
べる。

【００３５】図１に示す第１実施例とは、コリメータレ
ンズ２、透明容器３及びこの透明容器３からの出射光Ｌ
の傾きを変更する第２の光学部材の配置が逆になる点、
第２の光学部材としてケプラー式望遠鏡６に代えてガリ
レオ式望遠鏡１６を用いた点が、構成上相違する。

【００３６】ガリレオ式望遠鏡１６は、内部空間にシリ
コーンオイル（透明な第２の液体）Ｃ2 が封入され、且
つ透明容器３を透過した光を集光する入射側凸レンズ
（入射側光学部材）１４と、出射側凹レンズ（出射側光
学部材）１５とで構成されている。入射側凸レンズ１４
の上部内壁面１４ａは凹面形状であり、シリコーンオイ
ルＣ2 中の気泡は光軸中心を外れた位置に集められる。

【００３７】この第２実施例の自動傾き補正装置の動作
原理、温度変化時の補正機能については第１実施例と同
様であり、説明を省略する。

【００３８】この第２実施例の自動傾き補正装置によれ
ば、レーザ光Ｌを鉛直下方に出射させるためのレーザ光
投光装置に使用でき、温度変化によってシリコーンオイ
ルＣ1 の屈折率が変化したとしても、高い補正精度を維
持することができる。

【００３９】図３はこの発明の第３実施例に係る自動傾
き補正装置を示す全体構成図である。前述の実施例と共
通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。

【００４０】図２に示す第２実施例とは、透明容器３と
ガリレオ式望遠鏡１６の入射側凸レンズ１４とを一体に
した点だけが、構成上相違する。

【００４１】すなわち、透明容器１３の出射面部１３ｂ
が球面状に形成され、出射面部１３ｂにシリコーンオイ
ルＣが満たされることにより、ガリレオ式望遠鏡２６の
入射側凸レンズ２４が構成される。

【００４２】次に、この第３実施例の自動傾き補正装置
の動作原理を説明する。

【００４３】レーザダイオード１からのレーザ光Ｌはコ
リメータレンズ２で平行光になり、透明容器１３内のシ
リコーンオイルＣに入射する。レーザ投光測量機の本体
が角度θ１だけ傾いた場合、透明容器１３も傾くが、透
明容器１３内のシリコーンオイルＣの液面は水平を保つ
ので、勾配角θ１をもつ楔状になる。このシリコーンオ
イルＣを透過したレーザ光Ｌは角度θ２、 θ２＝（１−１／ｎ）θ１ （１１）式 だけ傾き、ガリレオ式望遠鏡２６に入射する。（ｎはシ
リコーンオイルの屈折率） θ２の傾きをもったレーザ光Ｌは、入射側凸レンズ２４
の焦点距離ｆ２と出射側凸レンズ１５との焦点距離ｆ３
による倍率によって、角度θ３、 θ３＝θ２・ｆ２／ｆ３ （１２）式 をもったレーザ光Ｌになり、鉛直方向に出射される。

【００４４】つまり、自動傾き補正された角度θ３は、
（１２）式に（１１）式を代入し、 θ３＝（１−１／ｎ）θ１・（ｆ２／ｆ３） （１３）式 となる。

【００４５】（１３）式より、装置全体の傾き角度θ１
と補正された角度θ３は等しくなければならないので、
θ１＝θ３＝θと置くと、 ｆ２／ｆ３＝ｎ／（ｎ−１） （１４）式 の傾き補正の条件が導き出される。

【００４６】シリコーンオイルＣはレーザ投光測量機の
本体に生じる振動の減衰を考慮し、粘性などの点で適当
なものを自由に選ぶことができる。このようにしてシリ
コーンオイルＣの屈折率が決まるので、ガリレオ式望遠
鏡２６の入射側凸レンズ２４及び出射側凸レンズ１５の
焦点距離ｆ２，ｆ３を傾き補正の条件式を満たすように
設定すればよい。

【００４７】次に、温度変化があった場合の補正機能を
説明する。

【００４８】温度変化により、前記透明容器１３内のシ
リコーンオイルＣの屈折率がΔｎ変化し、焦点距離ｆ２
がｆ２′に変化すると、前記（１４）式の補正条件は、 ｆ２′／ｆ３＝（ｎ＋Δｎ）／（ｎ＋Δｎ−１） （１４）′式 となる。入射側凸レンズ２４の曲率半径をｒとすると、
レンズの関係式は、 ｆ２＝ｒ／（１−ｎ） であるから、シリコーンオイルＣの屈折率ｎがｎ＋Δｎ
変化すると、入射側凸レンズ２４の焦点距離ｆ２′は、 ｆ２′＝ｒ／｛１−（ｎ＋Δｎ）｝ となり、＝１／ｆ２と、変化分の＝１／Δｆ２にな
り、 １／ｆ２′＝（１／ｆ２）−（１／Δｆ２） ｆ２′＝（ｆ２・Δｆ２）／（Δｆ２−ｆ２） よって、ｆ２′／ｆ３は、 ｆ２′／ｆ３＝（ｆ２・Δｆ２）／｛ｆ３（Δｆ２−ｆ２）｝ ＝（ｆ２／ｆ３）・｛Δｆ２／（Δｆ２−ｆ２）｝ ＝ｎ／（ｎ−１）・（ｒ／Δｎ）／｛（ｒ／Δｎ）−（ｒ／（１−ｎ））｝ ＝ｎ／（ｎ＋Δｎ−１） （１５）式 （１４）′式と（１５）式は完全には一致しないが補正
方向としては良い。

【００４９】温度補正の誤差Δθは（１５）式／（１
４）′式の割合で算出される。

【００５０】 Δθ＝ｎ／（ｎ＋Δｎ）・θ （１６）式 （１６）式にｎ＝１．５、Δｎ＝０．０１を入れると、 θ＝１０′のときΔθ＝４″ θ＝３０′のときΔθ＝１２″ θ＝１゜のときΔθ＝２４″ となり、実際の補正角が１０′くらいなので温度変化に
よるシリコーンオイルＣの屈折率ｎの変化をほとんどキ
ャンセルすることができることが分かる。

【００５１】図４はこの発明の第４実施例に係る自動傾
き補正装置を示す全体構成図である。前述の実施例と共
通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。

【００５２】図１に示した第１実施例に対し、透明容器
３とケプラー式望遠鏡６の入射側凸レンズ４とを一体に
した点だけが構成上相違する。

【００５３】すなわち、透明容器３３の入射面部３３ｂ
が球面状に形成され、入射面部３３ｂにシリコーンオイ
ルＣが満たされることにより、ケプラー式望遠鏡３６の
入射側凸レンズ３４が構成される。

【００５４】この装置の動作原理、温度変化時の補正機
能については、第３実施例とほぼ同様であり、説明を省
略する。

【００５５】この第３，４実施例の自動傾き補正装置に
よれば、第１，２実施例とほぼ同様の効果を得ることが
できるとともに、入射側凸レンズ２４が透明容器１３の
入射面又は出射面１３ｂを構成するので、部品点数が減
る。

【００５６】なお、前述の第１、第２実施例では、透明
容器３内に収容する第１の液体と、ケプラー式望遠鏡６
やガリレオ式望遠鏡１６などの第２光学部材の入射側凸
レンズ４，１４内に収容する第２の液体とを、それぞれ
同じ温度特性のシリコーンオイルを用いたが、温度特性
が同じであれば異なる液体でもよい。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように請求項１記載の発明
のレーザ投光装置の自動傾き補正装置によれば、容器内
に収容されたの第１の液体の屈折率が変化すると、第１
の液体の屈折角も変化するが、第２の光学部材の入射側
光学部材の焦点距離が変化し、第２の光学部材の倍率も
変化するので、第２の光学部材の出射側光学部材からの
出射光の補正角度は温度変化による第１の液体の屈折率
の変化をキャンセルすることができ、温度変化に影響さ
れない精度の高い自動傾き補正ができる。

【００５８】請求項２記載の発明のレーザ投光装置の自
動傾き補正装置によれば、前記入射側光学部材の上部内
壁面を、前記第２の液体中の気泡を光軸中心を外れた位
置に集める凹面又は傾斜面にしたので、第２の液体中の
気泡が光路に影響を与えない。

【００５９】請求項３記載の発明のレーザ投光装置の自
動傾き補正装置によれば、第２の光学部材の出射側光学
部材からの出射光の補正角度は温度変化による第１の液
体の屈折率の変化をほとんどキャンセルすることができ
るとともに、第２の光学部材の入射側光学部材が容器の
入射面又は出射面を構成するので、部品点数が減る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はこの発明の第１実施例に係る自動傾き補
正装置を示す全体構成図である。

【図２】図２はこの発明の第２実施例に係る自動傾き補
正装置を示す全体構成図である。

【図３】図３はこの発明の第３実施例に係る自動傾き補
正装置を示す全体構成図である。

【図４】図４はこの発明の第４実施例に係る自動傾き補
正装置を示す全体構成図である。

【図５】図５は従来の自動傾き補正装置を備えたレーザ
投光測量機の縦断面図である。

【図６】図６は図５のレーザ投光測量機が傾いた状態を
示す縦断面図である。

【符号の説明】

１ レーザダイオード ２ コリメータレンズ ３，１３ 透明容器 ４，１４，２４ 入射側凸レンズ ５，１５ 出射側凸レンズ ６，１６ ケプラー式望遠鏡 ２６ ガリレオ式望遠鏡 Ｃ，Ｃ１，Ｃ２ シリコーンオイル

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源から出射された光を平行光にする第
   １の光学部材と、 自由液面を有する透明な第１の液体が収容された容器と
   を備えた測量機の自動傾き補正装置において、 入射側光学部材と出射側光学部材とで構成され、前記第
   １の液体の自由液面を透過した光の傾きを変更する第２
   の光学部材を備え、 前記出射側光学部材からの出射光が鉛直方向へ出射され
   るように、前記入射側光学部材の内部空間に透明の第２
   の液体を収容し、前記入射側光学部材と前記出射側光学
   部材との焦点距離を前記第１の液体の屈折率に応じて設
   定したことを特徴とする測量機の自動傾き補正装置。
2. 【請求項２】 前記入射側光学部材の上部内壁面を、前
   記第２の液体中の気泡を光軸中心を外れた位置に集める
   凹面又は傾斜面にしたことを特徴とする請求項１記載の
   測量機の自動傾き補正装置。
3. 【請求項３】 光源から出射された光を平行光にする第
   １の光学部材と、 自由液面を有する透明な液体が収容され、入射面及び出
   射面を有する容器とを備えた測量機の自動傾き補正装置
   において、 入射側光学部材と出射側光学部材とで構成され、前記液
   体の自由液面を透過した光の傾きを変更する第２の光学
   部材を備え、 前記入射側光学部材が前記容器の入射面又は出射面を構
   成し、 前記出射側光学部材からの出射光が鉛直方向へ出射され
   るように、前記入射側光学部材と前記出射側光学部材と
   の焦点距離を前記液体の屈折率に応じて設定したことを
   特徴とする測量機の自動傾き補正装置。