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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024025976
(43)【公開日】2024-02-28
(54)【発明の名称】レーザ照射装置及び計測システム
(51)【国際特許分類】
G01C 15/00 20060101AFI20240220BHJP
G02B 26/10 20060101ALI20240220BHJP
G01C 15/02 20060101ALI20240220BHJP
【ＦＩ】
G01C15/00 103C
G02B26/10 Z
G01C15/02
【審査請求】未請求
【請求項の数】15
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022129383
(22)【出願日】2022-08-15
(71)【出願人】
【識別番号】306037311
【氏名又は名称】富士フイルム株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001519
【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】大郷 毅
【テーマコード（参考）】
2H045
【Ｆターム（参考）】
2H045AA00
2H045AB01
2H045AB72
2H045AB81
2H045CA82
2H045DA02
2H045DA04
2H045DA12
(57)【要約】
【課題】照射距離が遠い場合でもレーザ光の光強度分布のピークが検出されやすくなる測距装置及び計測システムを提供する。
【解決手段】発散角を有し、かつ照射距離に応じてビームスポットのスポット径が広がるレーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光の照射方向を変化させることによりレーザ光のビームスポットを予め設定された主走査方向へ移動させる主走査と、ビームスポットを主走査方向と直交する副走査方向へ移動させる副走査とが可能な走査機構と、走査機構を制御するプロセッサと、を備えており、プロセッサは、ビームスポットが主走査方向における同じ位置を複数回通過する態様で走査機構に対して主走査を行わせる際に、主走査に加えて副走査を行わせることにより、同じ位置を通過する複数のビームスポットを、副走査方向で隣り合う複数のビームスポットの一部が重複する範囲で副走査方向に移動させる、レーザ照射装置。
【選択図】図１３
【解決手段】発散角を有し、かつ照射距離に応じてビームスポットのスポット径が広がるレーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光の照射方向を変化させることによりレーザ光のビームスポットを予め設定された主走査方向へ移動させる主走査と、ビームスポットを主走査方向と直交する副走査方向へ移動させる副走査とが可能な走査機構と、走査機構を制御するプロセッサと、を備えており、プロセッサは、ビームスポットが主走査方向における同じ位置を複数回通過する態様で走査機構に対して主走査を行わせる際に、主走査に加えて副走査を行わせることにより、同じ位置を通過する複数のビームスポットを、副走査方向で隣り合う複数のビームスポットの一部が重複する範囲で副走査方向に移動させる、レーザ照射装置。
【選択図】図１３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
発散角を有し、かつ照射距離に応じてビームスポットのスポット径が広がるレーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光の照射方向を変化させることにより前記レーザ光の前記ビームスポットを予め設定された主走査方向へ移動させる主走査と、前記ビームスポットを前記主走査方向と直交する副走査方向へ移動させる副走査とが可能な走査機構と、
前記走査機構を制御するプロセッサと、を備えており、
前記プロセッサは、
前記ビームスポットが前記主走査方向における同じ位置を複数回通過する態様で前記走査機構に対して前記主走査を行わせる際に、前記主走査に加えて前記副走査を行わせることにより、前記同じ位置を通過する複数の前記ビームスポットを、前記副走査方向で隣り合う複数のビームスポットの一部が重複する範囲で前記副走査方向に移動させる、
レーザ照射装置。
前記レーザ光の照射方向を変化させることにより前記レーザ光の前記ビームスポットを予め設定された主走査方向へ移動させる主走査と、前記ビームスポットを前記主走査方向と直交する副走査方向へ移動させる副走査とが可能な走査機構と、
前記走査機構を制御するプロセッサと、を備えており、
前記プロセッサは、
前記ビームスポットが前記主走査方向における同じ位置を複数回通過する態様で前記走査機構に対して前記主走査を行わせる際に、前記主走査に加えて前記副走査を行わせることにより、前記同じ位置を通過する複数の前記ビームスポットを、前記副走査方向で隣り合う複数のビームスポットの一部が重複する範囲で前記副走査方向に移動させる、
レーザ照射装置。
【請求項2】
前記隣り合う複数のビームスポットにおいて重複する重複領域の面積の前記ビームスポットの面積に対する割合は、４０％以上である、
請求項１に記載のレーザ照射装置。
請求項１に記載のレーザ照射装置。
【請求項3】
前記隣り合う複数のビームスポットのそれぞれの前記副走査方向の光強度分布である単独のビームプロファイルを合成した合成ビームプロファイルにおいて、前記副走査方向の中央位置が光強度分布のピークとなるように、前記重複領域の割合が設定されている、
請求項２に記載のレーザ照射装置。
請求項２に記載のレーザ照射装置。
【請求項4】
前記主走査において、前記ビームスポットが前記同じ位置を複数回通過する場合において、前記隣り合う複数の前記ビームスポットの前記副走査方向の間隔は同じである、
請求項１に記載のレーザ照射装置。
請求項１に記載のレーザ照射装置。
【請求項5】
前記副走査において、前記ビームスポットの前記副走査方向の移動範囲は予め設定されており、前記移動範囲の中心位置を基準に前記副走査方向の一方を正方向、他方を負方向とした場合において、前記正方向と前記負方向の移動量は同じである、
請求項１に記載のレーザ照射装置。
請求項１に記載のレーザ照射装置。
【請求項6】
前記副走査方向に沿った軸を基準軸とした場合において、前記走査機構は、前記基準軸回りの全方位に前記主走査が可能である、
請求項１に記載のレーザ照射装置。
請求項１に記載のレーザ照射装置。
【請求項7】
前記走査機構は、前記基準軸と交差する位置に配置された可動反射面を有する可動ミラー部を有し、
前記基準軸を法線とする面内で直交する２軸を第１軸及び第２軸とした場合において、
前記可動ミラー部は、前記第１軸と前記第２軸のそれぞれの軸回りで回転可能な２軸回転ミラーであり、かつ、前記可動反射面が前記基準軸と直交する位置を初期位置とした場合において、前記第１軸と前記第２軸のそれぞれの軸回りに前記初期位置を基準とする正方向及び負方向に回転することにより、前記レーザ光が出射する向きを前記基準軸の回りに円錐状に変化させる、
請求項６に記載のレーザ照射装置。
前記基準軸を法線とする面内で直交する２軸を第１軸及び第２軸とした場合において、
前記可動ミラー部は、前記第１軸と前記第２軸のそれぞれの軸回りで回転可能な２軸回転ミラーであり、かつ、前記可動反射面が前記基準軸と直交する位置を初期位置とした場合において、前記第１軸と前記第２軸のそれぞれの軸回りに前記初期位置を基準とする正方向及び負方向に回転することにより、前記レーザ光が出射する向きを前記基準軸の回りに円錐状に変化させる、
請求項６に記載のレーザ照射装置。
【請求項8】
前記可動ミラー部は、前記レーザ光が出射する向きを前記基準軸の回りに螺旋状に変化させる、
請求項７に記載のレーザ照射装置。
請求項７に記載のレーザ照射装置。
【請求項9】
前記可動ミラー部は、ＭＥＭＳミラーである、
請求項８に記載のレーザ照射装置。
請求項８に記載のレーザ照射装置。
【請求項10】
前記レーザ光を出射させる出射光学系を有し、
前記出射光学系は、前記基準軸に対応する中央に前記レーザ光を通過させる開口が形成され、かつ前記軸を中心に前記基準軸と直交する径方向に広がる円環状の第１反射面を有する第１円環型反射ミラーを備え、
前記第１円環型反射ミラーは、前記可動反射面で反射した前記レーザ光を前記第１反射面によって反射する、
請求項７に記載のレーザ照射装置。
前記出射光学系は、前記基準軸に対応する中央に前記レーザ光を通過させる開口が形成され、かつ前記軸を中心に前記基準軸と直交する径方向に広がる円環状の第１反射面を有する第１円環型反射ミラーを備え、
前記第１円環型反射ミラーは、前記可動反射面で反射した前記レーザ光を前記第１反射面によって反射する、
請求項７に記載のレーザ照射装置。
【請求項11】
前記出射光学系は、前記第１円環型反射ミラーの前記第１反射面によって反射された前記レーザ光を屈折させる屈折力を有する全方位レンズを備える、
請求項１０に記載のレーザ照射装置。
請求項１０に記載のレーザ照射装置。
【請求項12】
前記可動反射面の回転角を検出するための角度センサを備える、
請求項７に記載のレーザ照射装置。
請求項７に記載のレーザ照射装置。
【請求項13】
請求項１から請求項１２の何れか一項に記載のレーザ照射装置と、
前記レーザ照射装置が照射した前記レーザ光を受光して前記レーザ光の光強度分布を計測する受光装置と、を備える、
計測システム。
前記レーザ照射装置が照射した前記レーザ光を受光して前記レーザ光の光強度分布を計測する受光装置と、を備える、
計測システム。
【請求項14】
前記受光装置は、前記光強度分布が計測された結果を表示するモニタを備えている、
請求項１３に記載の計測システム。
請求項１３に記載の計測システム。
【請求項15】
前記レーザ光が目標位置を示す指標として用いられる、
請求項１３に記載の計測システム。
請求項１３に記載の計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示の技術は、レーザ照射装置及び計測システムに関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、高低角と水平角の情報を伝達する手段を有する本体、および、仮想面を設定する仮想面設定機能を有し、本体から伝達された情報をもとに仮想面に対する高低角差を表示もしくは出力する受光センサ装置から構成されるシステムが記載されている。
【0003】
特許文献２には、ビーム照射装置が記載されている。ビーム照射装置は、レーザ光を出射する光源と、光源から出射されたレーザ光が入射される収束レンズと、収束レンズを透過したレーザ光を目標領域において走査させるための走査部と、を備える。ビーム照射装置では、レーザチップのｐｎ接合面が鉛直方向に平行となるようにレーザ光源が配されるとともに、レーザ光源の発光部の鉛直方向に平行な方向の長さによって、目標領域におけるレーザ光の鉛直方向の長さが設定され、レーザ光に対する収束レンズの波面収差が０．１５λｒｍｓ以下に設定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２００２－３９７５５号公報
【特許文献2】特開２０１１－４７８３２号公報
【発明の概要】
【0005】
本開示の技術は、照射距離が遠い場合でもレーザ光の光強度分布のピークが検出されやすいレーザ照射装置及び計測システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するために、本開示の技術に係る第１の態様は、発散角を有し、かつ照射距離に応じてビームスポットのスポット径が広がるレーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光の照射方向を変化させることによりレーザ光のビームスポットを予め設定された主走査方向へ移動させる主走査と、ビームスポットを主走査方向と直交する副走査方向へ移動させる副走査とが可能な走査機構と、走査機構を制御するプロセッサと、を備えており、プロセッサは、ビームスポットが主走査方向における同じ位置を複数回通過する態様で走査機構に対して主走査を行わせる際に、主走査に加えて副走査を行わせることにより、同じ位置を通過する複数のビームスポットを、副走査方向で隣り合う複数のビームスポットの一部が重複する範囲で副走査方向に移動させる、レーザ照射装置である。
【0007】
本開示の技術に係る第２の態様は、隣り合う複数のビームスポットにおいて重複する重複領域の面積のビームスポットの面積に対する割合は、４０％以上である、第１の態様に係るレーザ照射装置である。
【0008】
本開示の技術に係る第３の態様は、隣り合う複数のビームスポットのそれぞれの副走査方向の光強度分布である単独のビームプロファイルを合成した合成ビームプロファイルにおいて、副走査方向の中央位置が光強度分布のピークとなるように、重複領域の割合が設定されている、第２の態様に係るレーザ照射装置である。
【0009】
本開示の技術に係る第４の態様は、主走査において、ビームスポットが同じ位置を複数回通過する場合において、隣り合う複数の前記ビームスポットの副走査方向の間隔は同じである、第１の態様に係るレーザ照射装置である。
【0010】
本開示の技術に係る第５の態様は、副走査において、ビームスポットの副走査方向の移動範囲は予め設定されており、移動範囲の中心位置を基準に副走査方向の一方を正方向、他方を負方向とした場合において、正方向と負方向の移動量は同じである、第１の態様に係るレーザ照射装置である。
【0011】
本開示の技術に係る第６の態様は、副走査方向に沿った軸を基準軸とした場合において、走査機構は、基準軸回りの全方位に主走査が可能である、第１の態様に係るレーザ照射装置である。
【0012】
本開示の技術に係る第７の態様は、走査機構は、基準軸と交差する位置に配置された可動反射面を有する可動ミラー部を有し、基準軸を法線とする面内で直交する２軸を第１軸及び第２軸とした場合において、可動ミラー部は、第１軸と第２軸のそれぞれの軸回りで回転可能な２軸回転ミラーであり、かつ、可動反射面が基準軸と直交する位置を初期位置とした場合において、第１軸と第２軸のそれぞれの軸回りに初期位置を基準とする正方向及び負方向に回転することにより、レーザ光が出射する向きを基準軸の回りに円錐状に変化させる、第６の態様に係るレーザ照射装置である。
【0013】
本開示の技術に係る第８の態様は、可動ミラー部は、レーザ光が出射する向きを基準軸の回りに螺旋状に変化させる、第７の態様に係るレーザ照射装置である。
【0014】
本開示の技術に係る第９の態様は、可動ミラー部は、ＭＥＭＳミラーである、第８の態様に係るレーザ照射装置である。
【0015】
本開示の技術に係る第１０の態様は、レーザ光を出射させる出射光学系を有し、出射光学系は、基準軸に対応する中央にレーザ光を通過させる開口が形成され、かつ基準軸を中心に軸と直交する径方向に広がる円環状の第１反射面を有する第１円環型反射ミラーを備え、第１円環型反射ミラーは、可動反射面で反射したレーザ光を第１反射面によって反射する、第７の態様に係るレーザ照射装置である。
【0016】
本開示の技術に係る第１１の態様は、出射光学系は、第１円環型反射ミラーの第１反射面によって反射されたレーザ光を屈折させる屈折力を有する全方位レンズを備える、第１０の態様に係るレーザ照射装置である。
【0017】
本開示の技術に係る第１２の態様は、可動反射面の回転角を検出するための角度センサを備える、第７の態様に係るレーザ照射装置である。
【0018】
本開示の技術に係る第１３の態様は、第１から第１２の何れか一項の態様に係るレーザ照射装置と、レーザ照射装置が照射したレーザ光を受光してレーザ光の光強度分布を計測する受光装置と、を備える、計測システムである。
【0019】
本開示の技術に係る第１４の態様は、受光装置は、光強度分布が計測された結果を表示するモニタを備えている、第１３の態様に係る計測システムである。
【0020】
本開示の技術に係る第１５の態様は、レーザ光が目標位置を示す指標として用いられる、第１３の態様に係る計測システムである。
【発明の効果】
【0021】
本開示の技術によれば、照射距離が遠い場合でもレーザ光の光強度分布のピークが検出されやすくなるレーザ照射装置及び計測システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】レーザレベリングシステムの使用態様の一例を示す側面図である。
【図2】レーザレベリングシステムの使用態様の一例を示す斜視図である。
【図3】レーザ照射装置の概略構成の一例を示すブロック図である。
【図4】可動ミラー部の概略構成の一例を示す斜視図である。
【図5】可動ミラー部が歳差運動する様子を示す図である。
【図6】出射光学系の一例を示す概略斜視図である。
【図7】出射光学系の一例を示す概略分解斜視図である。
【図8】出射光学系の一例を示す概略断面図である。
【図9】照射距離に応じたレーザ光のスポット径及びビームプロファイルの変化について説明する図である。
【図10】レーザ光が照射される態様の一例を模式的に示した図である。
【図11】レーザ光の照射方向の変化の一例を模式的に示した図である。
【図12】本実施形態に係るレーザ光のビームプロファイルについて説明する図である。
【図13】本実施形態に係るレーザ光が照射される態様の一例を模式的に示した図である。
【図14】変形例に係る角度センサの位置関係について説明するための概略構成図である。
【図15】変形例に係るレーザ光が照射される態様の一例を模式的に示した図である。
【図16】変形例に係るレーザ光が照射される態様の一例を模式的に示した図である。
【図17】レーザ光の照射方向の変化のその他の例を模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
添付図面に従って本開示の技術に係る実施形態の一例について説明する。
【0024】
［第１実施形態］
一例として図１に示すように、レーザレベリングシステム１は、レーザ照射装置２と、受光器３を備えている。レーザレベリングシステム１は、本開示の技術に係る「計測システム」の一例であり、レーザ照射装置２は、本開示の技術に係る「レーザ照射装置」の一例であり、受光器３は、本開示の技術に係る「受光装置」の一例である。
一例として図１に示すように、レーザレベリングシステム１は、レーザ照射装置２と、受光器３を備えている。レーザレベリングシステム１は、本開示の技術に係る「計測システム」の一例であり、レーザ照射装置２は、本開示の技術に係る「レーザ照射装置」の一例であり、受光器３は、本開示の技術に係る「受光装置」の一例である。
【0025】
レーザ照射装置２は、レーザ光Ｌを照射する。レーザ光Ｌは、本開示の技術に係る「レーザ光」の一例である。受光器３は、レーザ照射装置２が照射したレーザ光Ｌを受光する。レーザ光Ｌは、目標位置を示す指標として用いられる。より具体的には、本例のレーザレベリングシステム１は、目標位置となる鉛直方向の高さｈを示す指標としてレーザ光Ｌをレーザ照射装置２から照射する。そして、レーザ照射装置２から照射されたレーザ光Ｌの高さに受光器３の高さを調整することにより、受光器３の高さを目標位置となる高さｈに合わせるといった使い方がされる。レーザ照射装置２の設置位置は、レーザ光Ｌの高さが目標位置の高さｈとなるように設定され、さらに、設置姿勢は、レーザ光Ｌの照射方向が水平方向となるように調整される。そのため、レーザ光Ｌは、高さｈで水平方向に照射される。高さｈは、例えば、水平方向に照射されるレーザ光Ｌの床面Ｆからの高さである。
【0026】
なお、本実施形態において、「鉛直方向」とは、完全な鉛直方向の他に、本開示の技術が属する技術分野で一般的に許容される誤差であって、本開示の技術の趣旨に反しない程度の誤差を含めた意味合いでの鉛直方向を指す。また、「水平方向」についても同様であり、完全な水平方向の他に、本開示の技術が属する技術分野で一般的に許容される誤差であって、本開示の技術の趣旨に反しない程度の誤差を含めた意味合いでの水平方向を指す。
【0027】
図１に示す例では、受光器３は、長尺の標尺４に取り付けられている。標尺４は、長手方向を鉛直方向に一致させる姿勢で配置されている。受光器３は、標尺４の長手方向に沿って移動可能とされており、本例においては鉛直方向に移動可能である。ユーザ（例えば、測量作業の従事者）は、受光器３を標尺４に沿って移動させることにより、受光器３の高さを調整することができる。受光器３の高さを、レーザ光Ｌを指標として調整することで、受光器３を目標位置となる高さｈに合わせることができる。
【0028】
受光器３は、エリアセンサ３Ａを備えている。エリアセンサ３Ａは、複数の受光素子が１次元又は２次元に配列され受光面を有する。受光素子は、例えばフォトダイオードであり、受光するレーザ光Ｌを光電変換し、受光したレーザ光の光強度に応じた電気信号を出力する。受光器３は、エリアセンサ３Ａの受光面でレーザ光Ｌを受光する。エリアセンサ３Ａは、レーザ光Ｌの光強度に関して受光面内における空間分解能を有しており、受光面のサイズは、レーザ光ＬのビームスポットＳ（図９参照）のサイズよりも十分に大きなサイズを有している。このため、受光器３は、受光面内におけるレーザ光Ｌの光強度分布を計測することが可能である。ビームスポットＳは、レーザ光Ｌの光束において照射方向と直交する方向の断面をいい、本開示の技術に係る「ビームスポット」の一例である。また、レーザ光Ｌの光強度分布は、レーザ光Ｌの光束において、照射方向に直交する断面方向の光強度分布であり、本実施形態では、後述するようにこの光強度分布をビームプロファイルＢＰとも称する（図９参照）。
【0029】
また、エリアセンサ３Ａの受光面の形状は、本例では細長形状である。そのため、受光器３は、レーザ光Ｌの光強度分布として、少なくとも受光面の長手方向の光強度分布を計測することが可能である。本例において、受光器３は、エリアセンサ３Ａの受光面の長手方向が鉛直方向と一致する姿勢で配置されているため、受光器３は、レーザ光の光強度分布として、鉛直方向の光強度分布を計測する。また、受光器３は、モニタ３Ｂを有している。モニタ３Ｂは、エリアセンサ３Ａによって光強度分布が計測された結果を表示する。
【0030】
レーザ光Ｌの光強度分布は、例えば、照射方向に直交する断面において中心位置の光強度が最も高く、周辺に向かうほど光強度が低下する（図９に示す模式図ＰＦ１及びＰＦ２も参照）。光強度が最も高くなる位置を光強度分布のピークとすると、受光器３がレーザ光Ｌを受光している状態でも、受光器３の高さを変化させることにより、エリアセンサ３Ａの受光面内におけるレーザ光Ｌのピークの位置は鉛直方向に変化する。受光器３は、エリアセンサ３Ａによって光強度分布を計測することにより、受光面内におけるレーザ光Ｌのピークの位置を検出する。そして、受光器３は、一例として、エリアセンサ３Ａの受光面内の予め設定された位置（例えば受光面の中心）に対して、レーザ光Ｌのピークの位置が鉛直方向の上下のどちらにずれているかを、光強度分布が計測された結果としてモニタ３Ｂに表示する。図１に示す例では、モニタ３Ｂに鉛直方向上向きの三角形が表示されており、レーザ光Ｌの光強度分布のピークの位置が、エリアセンサ３Ａの受光面の中心よりも鉛直方向上側に存在することを示している。このモニタ３Ｂの表示により、受光器３の高さが、目標位置となる高さｈよりも低い位置であることが示される。ユーザは、モニタ３Ｂに表示された光強度分布の計測結果を確認しながら、受光器３の高さを調整する。こうして、レーザ光Ｌの光強度分布のピークの位置がエリアセンサ３Ａの受光面の中心に位置するように受光器３の高さが調整される。
【0031】
レーザ照射装置２において、レーザ光Ｌの照射方向は一定ではなく、一例として図２に示すように、レーザ照射装置２は、レーザ光Ｌの照射方向を変化させることにより、レーザ光Ｌを走査させる。本例のレーザレベリングシステム１においては、レーザ光Ｌは鉛直方向の高さの指標となるため、レーザ照射装置２は、レーザ光Ｌの高さをほぼ一定として、水平方向に照射方向を変化させる。このようにレーザ光Ｌを水平方向に走査させることにより、レーザ光Ｌの照射範囲に関して水平方向に幅を持たせることができる。これにより、レーザ光Ｌを受光する受光器３の設置範囲についても水平方向の自由度が広がる。
【0032】
レーザ照射装置２は、鉛直方向に沿った軸を回転軸として、レーザ光Ｌの照射方向を３６０°変更することができる。図２に示す例では、レーザ照射装置２は、高さを高さｈでほぼ一定に保った状態でレーザ光Ｌを水平方向に３６０°走査させる。本例において、水平方向の走査方向を主走査方向ＭＤと称し、主走査方向ＭＤの走査を主走査と称する。壁Ｗに向けてレーザ光Ｌを照射した場合は、主走査を行うことにより、壁Ｗにおけるレーザ光Ｌの照射位置が、高さｈを保った状態で水平方向に移動する。例えば、照射方向を３６０°回転させる１回転の主走査を１回の主走査とすると、主走査は複数回行われる。例えば、レーザ光Ｌの主走査を高速で行い、これを複数回行うことにより、壁Ｗには水平方向に延びるレーザ光Ｌの軌跡が描かれる。本実施形態において、主走査方向ＭＤと直交する走査方向を副走査方向ＳＤ（図１１参照）と称し、副走査方向ＳＤの走査を副走査と称する。本例では主走査方向ＭＤが水平方向であるため、副走査方向ＳＤは鉛直方向である。後述するように、レーザ光Ｌは主走査に加えて僅かであるが副走査が行われる。
【0033】
一例として図３に示すように、レーザ照射装置２は、光源１０、走査機構１１、出射光学系１２、制御装置１４、及びコリメータレンズ１５を備える。走査機構１１は、可動ミラー部２０、及び可動ミラー部２０を駆動するためのアクチュエータ３５を含む。出射光学系１２は、第１円環型反射ミラー４０、及び全方位レンズ４２を含む（図８も参照）。
【0034】
光源１０は、例えば、レーザ光Ｌを発光する半導体レーザであり、レーザダイオードとも称される。レーザ光は、例えば、波長６９０ｎｍの可視光である。また、レーザ光は、例えば、出力のオンオフが周期的に繰り返されるパルス発振により出力されるレーザ光である。なお、光源１０は、本開示の技術に係る「レーザ光源」の一例である。
【0035】
なお、光源１０は、レーザダイオードに限られず、ＤＰＳＳ（Diode Pumped Solid State）レーザ、ファイバーレーザ等の各種構成のレーザ光源を用いることが可能である。また、レーザ光の波長は、上記の波長に限られず、波長６９０ｎｍ以外の可視域であってもよい。また、レーザ光Ｌの波長は、可視域に限られず、赤外域であってもよい。レーザ光Ｌの波長は、例えば８５０ｎｍから１５５０ｎｍ帯の近赤外光までの波長でもよい。また、レーザ光Ｌは、パルス発振に限られず、連続発振であってもよい。
【0036】
図８にも示すように、可動ミラー部２０は、コリメータレンズ１５を経て入射したレーザ光Ｌを反射することにより、レーザ光Ｌを偏向する。可動ミラー部２０から出射されたレーザ光Ｌは、出射光学系１２に入射する。出射光学系１２に入射したレーザ光Ｌは、第１円環型反射ミラー４０で反射され、全方位レンズ４２からレーザ照射装置２の外部に出射される。出射光学系１２は、本開示の技術に係る「出射光学系」の一例であり、可動ミラー部２０は、本開示の技術に係る「可動ミラー部」及び「ＭＥＭＳミラー」の一例である。
【0037】
図３において、制御装置１４は、光源１０からのレーザ光Ｌの出射を制御する。また、制御装置１４は、走査機構１１の動作を制御する。すなわち、制御装置１４は、可動ミラー部２０を駆動するための駆動電圧をアクチュエータ３５に供給する。制御装置１４は、例えば、プロセッサ１４Ａと、ＲＡＭ（Random Access Memory）１４Ｂと、ＮＶＭ（Non-volatile memory）１４Ｃと、外部Ｉ／Ｆ（Inter Face)１４Ｄとを備える。プロセッサ１４Ａ、ＲＡＭ１４Ｂ、ＮＶＭ１４Ｃ、及び外部Ｉ／Ｆ１４Ｄは、バス１４Ｅを介して電気的に接続されている。プロセッサ１４Ａは、本開示の技術に係る「プロセッサ」の一例である。
【0038】
例えば、プロセッサ１４Ａは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を有しており、制御装置１４の全体を制御する。また、ＲＡＭ７０は、一時的に情報が格納されるメモリであり、プロセッサ１４Ａによってワークメモリとして用いられる。ＮＶＭ１４Ｃは、各種プログラム及び各種パラメータ等を記憶する不揮発性の記憶装置である。ＮＶＭ１４Ｃの一例としては、フラッシュメモリ（例えば、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory）及び／又はＳＳＤ（Solid State Drive））が挙げられる。なお、フラッシュメモリは、あくまでも一例に過ぎず、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の他の不揮発性の記憶装置であってもよいし、２種類以上の不揮発性の記憶装置の組み合わせであってもよい。
【0039】
外部Ｉ／Ｆ１４Ｄは、制御装置１４と、光源１０及び走査機構１１との間の情報の授受を司る。外部Ｉ／Ｆ１４Ｄは、例えば、光源１０に対してレーザ光Ｌを出射させるための信号を出力する。また、外部Ｉ／Ｆ１４Ｄは、例えば、走査機構１１に対して、走査機構１１の動作を制御するための信号を出力する。
【0040】
なお、ここでは、制御装置１４がレーザ照射装置２に含まれる形態例を挙げて説明したが、本開示の技術はこれに限定されない。例えば、制御装置１４は、レーザ照射装置２と電気的に接続された状態で、レーザ照射装置２の外部に設けられてもよい。
【0041】
また、制御装置１４は、プロセッサ、ＮＶＭ、及びＲＡＭを含むコンピュータによって実現されているが、本開示の技術はこれに限定されない。例えば、制御装置１４は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）によって実現されてもよい。また、制御装置１４は、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）及び／又はＰＬＣ（Programmable Logic Controller）によって実現されるようにしてもよい。また、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、ＰＬＣ、及びコンピュータのうちの２つ以上を組み合わせて実現されるようにしてもよい。すなわち、制御装置１４は、ハードウェア構成とソフトウェア構成との組み合わせによって実現されるようにしてもよい。
【0042】
図４は、走査機構１１の概略構成を示す。走査機構１１は、一例として、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板をエッチング処理することにより形成されたマイクロミラーデバイスである。マイクロミラーデバイスは、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーデバイスとも称される。走査機構１１として利用するＭＥＭＳミラーデバイスは、ＭＥＭＳスキャナとも称される。また、ＭＥＭＳミラーデバイスを利用した本例の可動ミラー部２０は、ＭＥＭＳミラーとも称される。走査機構１１は、本開示の技術に係る「走査機構」の一例である。
【0043】
走査機構１１は、可動ミラー部２０、第１支持部２１、第１可動枠２２、第２支持部２３、第２可動枠２４、接続部２５、及び固定枠２６を有する。
【0044】
可動ミラー部２０は、レーザ光Ｌを反射する可動反射面２０Ａを有する。可動反射面２０Ａは、可動ミラー部２０の一面に設けられた、例えば、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、又は銀の合金等の金属薄膜で形成されている。可動反射面２０Ａの形状は、例えば、ａ１軸とａ２軸との交点を中心とした円形状である。可動反射面２０Ａは、本開示の技術に係る「可動反射面」の一例である。
【0045】
可動ミラー部２０は、ａ１軸及びａ２軸のそれぞれの軸周りに回転可能な２軸回転ミラーである。なお、ａ１軸は、本開示の技術に係る「第１軸」の一例であり、ａ２軸は、本開示の技術に係る「第２軸」の一例である。
【0046】
第１支持部２１は、可動ミラー部２０の外側に、ａ２軸を挟んで対向する位置にそれぞれ配置されている。第１支持部２１は、ａ１軸上で可動ミラー部２０と接続されており、可動ミラー部２０をａ１軸周りに揺動可能に支持している。本実施形態では、第１支持部２１は、ａ１軸に沿って延伸したトーションバーである。
【0047】
第１可動枠２２は、可動ミラー部２０を取り囲む矩形状の枠体であって、ａ１軸上で第１支持部２１を介して可動ミラー部２０と接続されている。第１可動枠２２の上には、ａ１軸を挟んで対向する位置にそれぞれ圧電素子３０が形成されている。このように、第１可動枠２２上に２つの圧電素子３０が形成されることにより、一対の第１アクチュエータ３１が構成されている。
【0048】
一対の第１アクチュエータ３１は、ａ１軸を挟んで対向する位置に配置されている。第１アクチュエータ３１は、可動ミラー部２０に、ａ１軸周りの回転トルクを作用させることにより、可動ミラー部２０をａ１軸周りに揺動させる。
【0049】
第２支持部２３は、第１可動枠２２の外側に、ａ１軸を挟んで対向する位置にそれぞれ配置されている。第２支持部２３は、ａ２軸上で第１可動枠２２と接続されており、第１可動枠２２及び可動ミラー部２０を、ａ２軸周りに揺動可能に支持している。本実施形態では、第２支持部２３は、ａ２軸に沿って延伸したトーションバーである。
【0050】
第２可動枠２４は、第１可動枠２２を取り囲む矩形状の枠体であって、ａ２軸上で第２支持部２３を介して第１可動枠２２と接続されている。第２可動枠２４の上には、ａ２軸を挟んで対向する位置にそれぞれ圧電素子３０が形成されている。このように、第２可動枠２４上に２つの圧電素子３０が形成されることにより、一対の第２アクチュエータ３２が構成されている。
【0051】
一対の第２アクチュエータ３２は、ａ２軸を挟んで対向する位置に配置されている。第２アクチュエータ３２は、可動ミラー部２０及び第１可動枠２２に、ａ２軸の周りの回転トルクを作用させることにより、ａ２軸の周りに可動ミラー部２０を揺動させる。
【0052】
接続部２５は、第２可動枠２４の外側に、ａ１軸を挟んで対向する位置にそれぞれ配置されている。接続部２５は、ａ２軸上で第２可動枠２４と接続されている。
【0053】
固定枠２６は、第２可動枠２４を取り囲む矩形状の枠体であって、ａ２軸上で接続部２５を介して第２可動枠２４と接続されている。
【0054】
以下の説明では、可動ミラー部２０が傾斜していない状態における可動反射面２０Ａの法線方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸方向に直交する一方向をＸ軸方向とし、Ｚ軸方向及びＸ軸方向に直交する方向をＹ軸方向とする。
【0055】
一対の第１アクチュエータ３１及び一対の第２アクチュエータ３２が、上述のアクチュエータ３５（図３参照）に対応する。上述の制御装置１４は、一対の第１アクチュエータ３１と、一対の第２アクチュエータ３２とに、それぞれ位相の異なる正弦波の駆動電圧を印加することにより、可動ミラー部２０を歳差運動させる。
【0056】
図５は、可動ミラー部２０が歳差運動する様子を示す。歳差運動とは、可動ミラー部２０の可動反射面２０Ａの法線Ｎが円を描くように振れる運動である。すなわち、可動ミラー部２０は、可動反射面２０ＡがＺ軸ａｚと直交する位置を初期位置とした場合において、ａ１軸及びａ２軸のそれぞれの軸回りに初期位置を基準とする正方向及び負方向に回転する。
【0057】
可動ミラー部２０の可動反射面２０Ａは、Ｚ軸ａｚと交差する位置に配置されている。光源１０から出射されたレーザ光Ｌは、Ｚ軸ａｚに沿って可動ミラー部２０の中心に入射する。図５に示すように歳差運動を行っている可動ミラー部２０により偏向されたレーザ光Ｌは円を描くように可動ミラー部２０から出射される。例えば、可動ミラー部２０は、レーザ光Ｌが出射する向きをＺ軸ａｚの回りに円錐状に変化させる。このように、走査機構１１は、可動ミラー部２０の可動反射面２０Ａの姿勢を変化させることにより、レーザ光Ｌの向きを、基準軸に相当するＺ軸ａｚの回りの全方位に変化させる。なお、本実施形態において、「基準軸の回りの全方位」とは、Ｚ軸ａｚの周囲３６０°の他に、本開示の技術が属する技術分野で一般的に許容される誤差であって、本開示の技術の趣旨に反しない程度の誤差を含めた意味合いでの全方位を指す。
【0058】
【0059】
図６及び図７に示すように、出射光学系１２は、第１円環型反射ミラー４０、及び全方位レンズ４２を含む。第１円環型反射ミラー４０は、Ｚ軸ａｚに対して回転対称な形状である。第１円環型反射ミラー４０は、光源１０から出射されたレーザ光Ｌの進行方向に沿って配置されている。
【0060】
第１円環型反射ミラー４０には、Ｚ軸ａｚに対応する中央にレーザ光Ｌを通過させる開口４０Ａが形成されている。第１円環型反射ミラー４０は、Ｚ軸ａｚを中心にＺ軸ａｚと直交する径方向に広がる円環状の第１反射面４０Ｂを有している。第１反射面４０Ｂは、第１円環型反射ミラー４０において可動ミラー部２０側に形成されている。また、第１反射面４０ＢをＺ軸ａｚに平行な面で切断した断面形状は凸面形状である。第１円環型反射ミラー４０は、本開示の技術に係る「第１円環型反射ミラー」の一例である。
【0061】
第１反射面４０Ｂには、可動ミラー部２０から出射されたレーザ光Ｌが入射する。第１反射面４０Ｂは、入射したレーザ光Ｌを反射する。第１反射面４０Ｂで反射したレーザ光Ｌの光路は、Ｚ軸ａｚから外側に向かう方向である。なお、Ｚ軸ａｚから外側に向かう方向とは、Ｚ軸ａｚとの交点を中心とした円の半径方向である。第１反射面４０Ｂは、本開示の技術に係る「第１反射面」の一例である。
【0062】
全方位レンズ４２は、Ｚ軸ａｚを中心とした円環形状である。全方位レンズ４２は、Ｚ軸ａｚの回りの全方位にレーザ光Ｌを出射可能である。すなわち、全方位レンズ４２は、レーザ光Ｌに対して透明とされている。全方位レンズ４２は、本開示の技術に係る「全方位レンズ」の一例である。
【0063】
全方位レンズ４２は、Ｚ軸ａｚに対して回転対称な形状である。全方位レンズ４２には、中央に第１円環型反射ミラー４０を収容するための空洞４２Ａが形成されている。全方位レンズ４２は、第１円環型反射ミラー４０より外側に配置されている。全方位レンズ４２には、第１反射面４０Ｂからレーザ光Ｌが入射する。
【0064】
図８に示すように、コリメータレンズ１５を経由したレーザ光Ｌは、Ｚ軸ａｚに沿って進行する。レーザ光Ｌは、第１円環型反射ミラー４０の開口４０Ａを通過して可動ミラー部２０に入射する。可動ミラー部２０に入射したレーザ光Ｌは、可動反射面２０Ａで反射される。可動ミラー部２０から出射されたレーザ光Ｌは、第１円環型反射ミラー４０の第１反射面４０Ｂに入射する。
【0065】
第１反射面４０Ｂに入射したレーザ光Ｌは、第１反射面４０Ｂで反射される。第１反射面４０Ｂから出射されたレーザ光Ｌは、Ｚ軸ａｚと直交する径方向外側に進行して全方位レンズ４２に入射する。
【0066】
全方位レンズ４２において、Ｚ軸ａｚに平行な方向に沿った断面形状（以下単に「縦断面形状」と称する）は、Ｚ軸ａｚの第２端Ｅ２の側から第１端Ｅ１の側へ向かって厚みｔが増加する形状である。例えば、全方位レンズ４２において、縦断面形状は、三角形状であるが、これはあくまでも一例に過ぎない。全方位レンズ４２において縦断面形状は、台形状であってもよい。
【0067】
全方位レンズ４２は、レーザ光Ｌを屈折させる屈折力を有する。全方位レンズ４２は、第１反射面４０Ｂから入射したレーザ光Ｌを屈折させて出射する。全方位レンズ４２は、第２端Ｅ２の側から第１端Ｅ１の側へ向かって厚みｔが増加しているため、第１反射面４０Ｂから入射したレーザ光Ｌを第１端Ｅ１側に屈曲させる。例えば、図８において示すレーザ光Ｌの光線を例に説明すると、全方位レンズ４２は、第１反射面４０Ｂで斜め下方に反射したレーザ光Ｌの照射方向を水平方向に近づける。
【0068】
第１反射面４０Ｂは、例えば、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、又は銀（Ａｇ）化合物などの金属膜により形成されている。なお、第１反射面４０Ｂは、多層反射膜により形成されていてもよい。
【0069】
全方位レンズ４２は、アクリル、ポリカーボネート、又はゼオネクスなどの光学樹脂により形成されている。
【0070】
上述したように、レーザ照射装置２は、目標位置となる高さｈの指標としてレーザ光Ｌを走査する。一例として図９に示すように、レーザ照射装置２が照射するレーザ光Ｌの光強度分布であるビームプロファイルＢＰは、レーザ照射装置２から外部に出射した直後においては、図９内の模式図ＰＦ１に示すように、ビームスポットＳのスポット径ｒの中心Ｃに急峻なピークＰをもつ。スポット径ｒは、ビームスポットＳの直径であり、本開示の技術に係る「スポット径」の一例である。そして、ビームプロファイルＢＰにおけるピークＰの位置は、ビームスポットＳの中心Ｃの位置に対応する。上述のとおり、受光器３は、エリアセンサ３Ａによってレーザ光の、受光面内におけるビームプロファイルＢＰのピークＰの位置を検出する。そして、受光器３は、ピークＰの位置が受光面内の中心に対して上下方向にずれているか否かといった情報をモニタ３Ｂに表示する。受光器３が受光するレーザ光ＬのビームプロファイルＢＰが、図９内の模式図ＰＦ１に示すように、急峻なピークＰを有するビームプロファイルＢＰであれば、受光器３は、受光面内におけるピークＰの位置を検出しやすい。
【0071】
しかしながら、レーザ光Ｌは、発散角を有する。この傾向は半導体レーザにおいて顕著である。レーザ光Ｌの光束は発散するため、レーザ光ＬのビームスポットＳのスポット径ｒが、レーザ照射装置２から照射位置までの距離（すなわち、照射距離）に応じて広がる。例えば、図９内の模式図ＰＦ２に示すように、出射直後と比較して照射距離が遠く、スポット径ｒが広がった場合のビームプロファイルＢＰでは、出射直後のビームプロファイルＢＰと比較して、ピークＰがなだらかになる。このため、ビームスポットＳの中心Ｃにおける光強度と、ビームスポットＳの周縁における光強度との差が小さくなる。例えば、中心Ｃと周縁の光強度の差が、受光器３における光強度の検出誤差の範囲内となると、受光器３は、受光面内においてピークＰの位置がどこかを判別できなくなってしまう。照射距離に応じてスポット径ｒが拡大することに加えて、照射距離の二乗に反比例して光強度も減衰する。そのため、照射距離が遠い場合（例えば、照射距離が数百ｍ～１０００ｍの場合）、ピークＰの位置が検出しにくくなるという現象は、特に顕著となる。
【0072】
一例として図１０に示すように、ビームスポットＳが広がった状態（図１０に示すグラフおいて実線で示す）で走査されたレーザ光Ｌを受光器３において受光した場合を考える。この場合、ピークＰに対応するビームスポットＳの中心Ｃにおける光強度と、ビームスポットＳの周縁における光強度との差が小さいため、受光器３において、ビームプロファイルＢＰにおけるピークＰの位置を検出することが困難となる。このような場合は、受光器３のモニタ３Ｂにおいて、光強度分布の計測結果も表示不能となるため、受光器３が目標位置となる高さｈに正確に合っているのか否か、あるいは、上下方向のどちらかにずれているのかをユーザが認識することが不可能となる。
【0073】
もちろん、モニタ３Ｂにおいて、レーザ光Ｌが受光面のどこかの位置で受光できているか否かの情報だけでも表示すれば、受光器３をおおよその高さｈに合わせることは可能である。しかし、この場合は、レーザ光ＬのビームスポットＳのスポット径ｒの範囲内の誤差が生じてしまう。スポット径ｒは、照射距離に応じて変化するため、照射距離が遠いほど誤差が大きくなる。そのため、本例のレーザレベリングシステム１は、このような誤差を許容することができない高精度な位置合わせ、すなわち、レーザ光のビームプロファイルＢＰにおけるピークＰの位置を検出して、ピークＰの位置を受光面の中心に合わせるといった高精度な位置合わせを可能にする。
【0074】
こうした高精度な位置合わせを実現するために、本例のレーザ照射装置２は、レーザ光Ｌの主走査を行う際に、副走査も行うことにより、照射距離が遠い場合でも、受光器３においてレーザ光ＬのピークＰを検出しやすくしている。
【0075】
レーザ光の主走査と副走査は、次のように行われる。上述したように、可動ミラー部２０は、歳差運動をする。さらに、レーザ光Ｌは、可動ミラー部２０により反射角θが変更される。従って、可動ミラー部２０は、歳差運動をしながら反射角θを変更することで、レーザ光Ｌの出射する向きをＺ軸ａｚに対して螺旋状に変化させる。すなわち、レーザ光Ｌの出射方向は、Ｚ軸ａｚの回りの全方位に変化しながら、Ｚ軸方向にも変化する。図１１は、レーザ光Ｌの出射方向の螺旋状の変化を模式的に示したものであり、レーザ光Ｌの出射方向は、Ｚ軸ａｚを中心軸とする螺旋状の軌跡Ｒを示す。ここで、主走査方向ＭＤは、軌跡ＲにおけるＺ軸ａｚの回りの走査方向であり、本例においては水平方向である。副走査方向ＳＤは、Ｚ軸ａｚに沿った走査方向であり、本例では鉛直方向である。副走査方向ＳＤは主走査方向ＭＤに対して直交する。主走査方向ＭＤは、本開示の技術に係る「主走査方向」の一例であり、副走査方向ＳＤは、本開示の技術に係る「副走査方向」の一例である。
【0076】
一例として図１２に示すように、レーザ照射装置２は、ビームスポットＳが主走査方向ＭＤ（本例では、水平方向）における同じ位置を複数回通過する態様で走査機構１１に主走査を行わせる際に、主走査方向ＭＤの主走査に加えて、副走査方向ＳＤ（本例では、鉛直方向）の副走査を行わせる。これにより、主走査方向ＭＤにおける同じ位置を通過する複数のビームスポットＳを、副走査方向ＳＤで隣り合う複数のビームスポットＳの一部が重複する範囲で、副走査方向ＳＤに移動させることができる。
【0077】
主走査において、ビームスポットＳは、主走査方向ＭＤにおける同じ位置を複数回通過する。本例では、主走査は、Ｚ軸ａｚの回りの全方位に行われるため、全方位においてビームスポットＳが複数回通過する。すなわち、本例では、主走査方向ＭＤの同じ位置は全方位となる。図２に示したように、レーザ照射装置２は、レーザ光Ｌの出射位置が目標位置である高さｈとなる位置に設置される。一方、受光器３は、レーザ光Ｌの全方位の照射方向のうちのどこかに設置される。この状態で、レーザ照射装置２からレーザ光Ｌの照射を開始させ、レーザ光Ｌの照射方向を全方位に回転させる。そして、受光器３の高さが、レーザ光Ｌを受光可能な高さに調整されると、レーザ光ＬのビームスポットＳは、受光器３を複数回通過することになる。受光器３は、複数回の主走査におけるそれぞれのレーザ光を受光することにより、複数回分のビームスポットＳのビームプロファイルＢＰを計測する。
【0078】
図１１及び図１２の例では、レーザ光Ｌの照射方向が、Ｚ軸ａｚの回りの全方位に３回転しており、主走査が３回行われた場合を示している。この場合は、１回目の主走査におけるレーザ光Ｌが受光器３において受光されると、第１ビームプロファイルＢＰ１が得られる。次に、２回目の主走査におけるレーザ光Ｌが受光器３において受光されると、第２ビームプロファイルＢＰ２が得られる。そして、３回目の主走査におけるレーザ光Ｌが受光器３において受光されて、第３ビームプロファイルＢＰ３が得られる。なお、ここでは、３回の主走査が行われる形態例を挙げて説明したが、これはあくまでも一例にすぎず、５回以上の奇数回の主走査が行われてもよい。
【0079】
受光器３は、エリアセンサ３Ａで受光したレーザ光ＬのビームプロファイルＢＰに応じた電気信号をデジタルデータに変換し、受光器３の図示しないメモリに一時的に保存する。一例として、受光器３は、３回の主走査における第１～第３ビームプロファイルＢＰ１～３を保存する。そして、受光器３は、これらの第１～第３ビームプロファイルＢＰ１～３を合成することで、合成ビームプロファイルＩＢＰを得る。合成ビームプロファイルＩＢＰにおいて、ピークＰは、第１～第３ビームプロファイルＢＰ１～３の各々のピークＰよりも高くなる。第１～第３ビームプロファイルＢＰ１～３は、本開示の技術に係る「ビームプロファイル」の一例であり、合成ビームプロファイルＩＢＰは、本開示の技術に係る「合成ビームプロファイル」の一例である。
【0080】
一例として図１３に示すように、走査機構１１は、レーザ光Ｌの照射方向を変化させることにより、ビームスポットＳを予め設定された主走査方向ＭＤへ移動させる主走査を行う。また、走査機構１１は、主走査に加えて、主走査方向ＭＤと直交する副走査方向ＳＤにビームスポットＳを移動させる副走査を行う。本実施形態において、「直交」とは、完全な直交の他に、本開示の技術が属する技術分野で一般的に許容される誤差であって、本開示の技術の趣旨に反しない程度の誤差を含めた意味合いでの直交を指す。
【0081】
すなわち、１回目の主走査におけるレーザ光ＬのビームスポットＳ１が、主走査方向ＭＤに移動される。次に、２回目の主走査において、レーザ光ＬのビームスポットＳ２が、主走査方向ＭＤに移動される。この場合、ビームスポットＳ２は、ビームスポットＳ１の一部と重複する範囲で、副走査方向ＳＤに移動される。そして、３回目の主走査において、レーザ光ＬのビームスポットＳ３が、主走査方向ＭＤに移動される。この場合、ビームスポットＳ３は、ビームスポットＳ２の一部と重複する範囲で、副走査方向ＳＤに移動される。
【0082】
ここで、ビームスポットＳ１及びＳ２において重複する重複領域ＯＲの面積のビームスポットＳ１の面積に対する割合は、４０％以上となっている。割合が４０％である場合、ビームスポットＳ１の外縁が、ビームスポットＳ２の中心Ｃに接する。これにより、合成ビームプロファイルＩＢＰにおいて、副走査方向の中央位置（すなわち、ビームスポットＳ２の中心Ｃ）が、光強度分布のピークＰとなっている。このように、重複領域ＯＲの割合が設定されている。また、同じく重複領域ＯＲの面積のビームスポットＳ２の面積に対する割合は、４０％以上となっている。重複領域ＯＲは、本開示の技術に係る「重複領域」の一例である。
【0083】
さらに、ビームスポットＳ２及びビームスポットＳ３において重複する重複領域ＯＲの面積のビームスポットＳ２に対する割合についても同様に、４０％以上となっている。また、重複領域ＯＲの面積のビームスポットＳ３の面積に対する割合も、４０％以上となっている。
【0084】
また、図１３に示すように、主走査において、ビームスポットＳが同じ位置を複数回通過する場合において、隣り合う複数のビームスポットＳの副走査方向の間隔は同じである。図１３の例では、１回目に通過するビームスポットＳ１と２回目に通過するビームスポットＳ２との間の副走査方向の移動量Ｌ１と、２回目に通過するビームスポットＳ２と３回目に通過するビームスポットＳ３との間の副走査方向の移動量Ｌ２が同じである。これにより、隣り合う複数のビームスポットＳの副走査方向の間隔が同じになっている。
【0085】
また、副走査において、ビームスポットＳの移動範囲ＭＲは、予め設定されている。そして、移動範囲ＭＲの中心位置を基準に、副走査方向ＳＤの一方を正方向、他方を負方向とした場合において、正方向と負方向の移動量は同じである。図１３の例で示すように主走査が３回行われる場合には、移動範囲ＭＲの中心位置が２回目のビームスポットＳ２となり、この中心位置を基準に１回目のビームスポットＳ１までの移動量Ｌ１と、３回目のビームスポットＳ３までの移動量Ｌ２とが同じとなる。もちろん、主走査が５回行われる場合は、３回目を基準に正方向と負方向の移動量が同じになる。
【0086】
そして、レーザ照射装置２は、ビームスポットＳが移動範囲ＭＲの上限又は下限に達した場合は、副走査方向ＳＤの移動方向を逆方向に切り替える。これにより、同じ移動範囲ＭＲ内でレーザ光Ｌの走査が繰り返される。すなわち、合成ビームプロファイルＩＢＰにおいて単一のビームスポットＳにおけるビームプロファイルＢＰと比較してピークＰが高くなる態様で、レーザ光Ｌの走査パターン（すなわち、主走査と副走査の組み合わせ）が繰り返される。
【0087】
以上説明したように、本実施形態に係るレーザ照射装置２では、主走査方向ＭＤにビームスポットＳが移動され、さらに、主走査方向ＭＤと直交する副走査方向ＳＤにビームスポットＳが移動される。そして、ビームスポットＳが主走査方向ＭＤにおける同じ位置を複数回通過する態様で走査機構１１に対して主走査を行わせる際に、主走査に加えて副走査を行わせることにより、同じ位置を通過する複数のビームスポットＳを、副走査方向ＳＤで隣り合う複数のビームスポットＳの一部が重複する範囲で副走査方向ＳＤに移動させる。複数のビームスポットＳが重複すると、各ビームスポットＳの光強度分布を表すビームプロファイルＢＰを合成した合成ビームプロファイルＩＢＰにおいて、単一のビームスポットＳにおけるビームプロファイルＢＰと比較してピークＰが高くなる。従って、本構成によれば、従来と比較して、照射距離が遠い場合でもレーザ光Ｌの光強度分布のピークＰが検出されやすい。上述したとおり、ピークＰが検出できれば、ピークＰを検出できない場合と比較して高精度な位置合わせが可能となる。本構成によれば、照射距離が遠い場合においても、光強度の減衰が少なく比較的ピークＰの検出がしやすい照射距離が近い場合と同程度の精度で位置合わせを行うことが可能となる。
【0088】
また、本実施形態に係るレーザ照射装置２では、重複領域ＯＲの面積の割合は、ビームスポットＳの面積の４０％以上とされていることで、合成ビームプロファイルＩＢＰが副走査方向ＳＤの中央位置がピークＰとなる分布（例えば、正規分布）に近づけやすくなる。合成ビームプロファイルＩＢＰが正規分布に近づくと、ピークＰの位置を際立たせやすくなる。従って、本構成によれば、従来と比較して、照射距離が遠い場合でもレーザ光Ｌの光強度分布のピークＰが検出されやすい。
【0089】
また、本実施形態に係るレーザ照射装置２では、合成ビームプロファイルＩＢＰにおいて、副走査方向ＳＤの中央位置が光強度分布のピークＰとなるように重複領域ＯＲの割合が設定されている。合成ビームプロファイルＩＢＰが副走査方向ＳＤの中央位置がピークＰとなる光強度分布（例えば、正規分布）になると、ピークＰの位置を際立たせやすくなる。従って、本構成によれば、従来と比較して、照射距離が遠い場合でもレーザ光Ｌの光強度分布のピークＰが検出されやすい。
【0090】
また、本実施形態に係るレーザ照射装置２では、主走査において、ビームスポットＳが同じ位置を複数回通過する場合において、隣り合う複数のビームスポットＳの副走査方向ＳＤの間隔は同じである。これにより、次のような効果が得られる。例えば、受光器３において、ビームスポットＳのビームプロファイルＢＰを奇数回（例えば３回）取得して、取得した奇数回分のビームプロファイルを合成する場合を考える。隣り合うビームスポットＳの副走査方向ＳＤの間隔が同じなので、合成ビームプロファイルＩＢＰの副走査方向ＳＤの中央位置に１つのビームスポットＳの中心Ｃが対応する。そして、中央位置のビームスポットＳを基準に副走査方向ＳＤの正方向及び負方向には同じ数のビームスポットＳが位置するため、合成ビームプロファイルＩＢＰは中央位置を基準として副走査方向ＳＤで対称形となる。このため、ビームスポットＳを偶数回（例えば、２回）通過させる場合と比較して、合成ビームプロファイルＩＢＰが、副走査方向ＳＤの中央位置がピークＰとなる光強度分布（例えば、正規分布）に近づき、ピークＰの位置を際立たせやすくなる。従って、本構成によれば、従来と比較して、照射距離が遠い場合でもレーザ光Ｌの光強度分布のピークＰが検出されやすい。
【0091】
また、本実施形態に係るレーザ照射装置２では、ビームスポットＳの副走査方向ＳＤの移動範囲ＭＲは、予め定められた範囲である。また、移動範囲ＭＲの中心からの移動量Ｌ１及びＬ２は、同じとされている。このため、移動量Ｌ１及びＬ２が異なる場合と比較して、合成ビームプロファイルＩＢＰが副走査方向ＳＤの中央位置がピークＰとなる光強度分布（例えば、正規分布）に近づき、ピークＰの位置を際立たせやすくなる。従って、本構成によれば、従来と比較して、照射距離が遠い場合でもレーザ光Ｌの光強度分布のピークＰが検出されやすい。
【0092】
また、本実施形態に係るレーザ照射装置２では、主走査方向ＭＤがＺ軸ａｚ回りの全方位とされているので、主走査の範囲がＺ軸ａｚ回りの一定角度に限定されている場合と比較して、主走査の範囲が拡がる。従って、本構成によれば、主走査の範囲を考慮する必要がなくなり、レーザ照射装置２の操作性が向上する。
【0093】
また、本実施形態に係るレーザ照射装置２では、可動ミラー部２０は、２軸の回転ミラーである。また、可動ミラー部２０は、ａ１軸及びａ２軸のそれぞれの軸回りに初期位置を基準とする正方向及び負方向に回転することにより、レーザ光Ｌが出射する向きを軸回りに円錐状に変化させる。従って、本構成によれば、傾斜した反射面をＺ軸ａｚに沿って上下させることで、レーザ光Ｌを出射する構成と比較して、レーザ照射装置２の小型化が実現される。
【0094】
また、本実施形態に係るレーザ照射装置２では、可動ミラー部２０は、レーザ光Ｌが出射する向きを螺旋状に変化させる。従って、本構成によれば、傾斜した反射面をＺ軸ａｚに沿って上下させることでレーザ光Ｌを出射する構成と比較して、レーザ照射装置２の小型化が実現される。
【0095】
また、本実施形態に係るレーザ照射装置２では、可動ミラー部２０は、ＭＥＭＳミラーである。一般に、ＭＥＭＳミラーは、モータで回転駆動されるミラーと比較して、高精度な回転角の制御が可能である。従って、本構成によれば、副走査方向ＳＤのビームスポットＳの移動を高精度に制御することができる。
【0096】
また、本実施形態に係るレーザ照射装置２では、出射光学系１２は、第１円環型反射ミラー４０を備えている。第１円環型反射ミラー４０は、可動反射面２０Ａで反射したレーザ光Ｌを反射させる。このように、レーザ光Ｌは、第１反射面４０Ｂによって光路が調整される。従って、本構成によれば、主走査方向ＭＤ及び／又は副走査方向ＳＤにおけるレーザ光Ｌの照射範囲を調整することができる。
【0097】
また、本実施形態に係るレーザ照射装置２では、出射光学系１２は、全方位レンズ４２を備えている。レーザ光Ｌが全方位レンズ４２を介して出射されることで、ビームスポットＳの広がりが抑制される。従って、本構成によれば、広がりの抑制されたレーザ光Ｌを用いるので、副走査方向ＳＤのビームスポットＳの位置を高精度に制御することができる。
【0098】
また、本実施形態に係るレーザレベリングシステム１では、副走査方向ＳＤに隣り合う複数のビームスポットＳの一部が重複する。複数のビームスポットＳが重複すると、各ビームスポットＳのビームプロファイルＢＰを合成した合成ビームプロファイルＩＢＰにおいて、単一のビームスポットＳにおけるビームプロファイルＢＰと比較してピークＰが高くなる。そして、受光器３は、レーザ光Ｌの強度分布を計測する。従って、本構成によれば、従来と比較して、照射距離が遠い場合でもレーザ光Ｌの光強度分布のピークＰが検出されやすくなる。
【0099】
また、本実施形態に係るレーザレベリングシステム１では、受光器３は、モニタ３Ｂを備えている。モニタ３Ｂには、レーザ光Ｌの光強度分布が計測された結果に表示される。複数のビームスポットＳが重複すると、各ビームスポットＳのビームプロファイルＢＰを合成した合成ビームプロファイルＩＢＰにおいて、単一のビームスポットＳにおけるビームプロファイルＢＰと比較してピークＰが高くなる。これにより、合成ビームプロファイルＩＢＰにおけるピークＰが検出されやすくなり、合成ビームプロファイルＩＢＰに基づいて、受光器３の位置が調整される。従って、本構成によれば、受光器３の位置を調整することが容易になる。
【0100】
また、本実施形態に係るレーザレベリングシステム１では、レーザ光Ｌが目標位置を示す指標として用いられる。受光器３がレーザ光Ｌを受光した結果に基づいて、受光器３の位置が目標位置に調整される。複数のビームスポットＳが重複すると、各ビームスポットＳのビームプロファイルＢＰを合成した合成ビームプロファイルＩＢＰにおいて、単一のビームスポットＳにおけるビームプロファイルＢＰと比較してピークＰが高くなる。これにより、合成ビームプロファイルＩＢＰにおけるピークＰが検出されやすくなる。従って、本構成によれば、従来と比較して、照射距離が遠い場合でもレーザ光Ｌの光強度分布のピークＰが検出されやすくなる。
【0101】
（第１変形例）
本第１変形例では、レーザ照射装置２は、可動ミラー部２０の可動反射面２０Ａの回転角を検出する角度センサ５０を備えている。
本第１変形例では、レーザ照射装置２は、可動ミラー部２０の可動反射面２０Ａの回転角を検出する角度センサ５０を備えている。
【0102】
図１４は、レーザ照射装置２の構成例を示す断面斜視図である。図１４に示すように、角度センサ５０は、可動反射面２０Ａの反対側の面（すなわち、裏面２０Ｂ）の側に配置されている。角度センサ５０は、可動ミラー部２０の可動反射面２０Ａのａ１軸及びａ２軸のそれぞれの軸回りの回転角を検出する。なお、角度センサ５０は、本開示の技術に係る「角度センサ」の一例である。
【0103】
角度センサ５０は、角度検出用光源５１、角度変更部材５２、及び検出素子５３を有する。角度検出用光源５１は、検出光Ｌｄを角度変更部材５２に向かって出射する。例えば、角度検出用光源５１は、レーザ光源であり、検出光Ｌｄは、レーザ光である。角度変更部材５２は、反射面５２Ａを有する部材である。反射面５２Ａは、検出光Ｌｄを可動ミラー部２０の可動反射面２０Ａの裏面２０Ｂに向かって反射する。
【0104】
反射面５２Ａで反射された検出光Ｌｄは、裏面２０Ｂでさらに反射される。ここで、可動反射面２０Ａが、ある回転角となっているとき、裏面２０Ｂは、可動反射面２０Ａに応じた回転角となっている。従って、裏面２０Ｂで反射された検出光Ｌｄは、可動反射面２０Ａの回転角に応じた方向に反射されることになる。
【0105】
裏面２０Ｂで反射された検出光Ｌｄは、検出素子５３に入射する。検出素子５３は、検出光Ｌｄを検出した位置に応じた信号を出力する。検出素子５３は、例えば、Ｚ軸ａｚに沿った方向に法線を有する受光面５３Ａを備えた二次元ラインセンサである。制御装置１４は、検出素子５３から出力された信号に基づいて、可動反射面２０Ａの回転角を算出する。
【0106】
以上説明したように、本第１変形例に係るレーザ照射装置２では、可動反射面２０Ａの回転角を検出するための角度センサ５０が設けられている。これにより、可動反射面２０Ａの回転角の検出結果に基づいて、回転角を調整することが実現される。回転角を調整することで、レーザ光Ｌの出射方向が調整される。従って、本構成によれば、副走査方向ＳＤのビームスポットＳの位置を高精度に制御することができる。
【0107】
（第２変形例）
上記第１実施形態では、奇数回（例えば、３回）の主走査が行われる形態例を挙げて説明したが、本開示の技術はこれに限定されない。本第２変形例では、偶数回の主走査が行われる。
上記第１実施形態では、奇数回（例えば、３回）の主走査が行われる形態例を挙げて説明したが、本開示の技術はこれに限定されない。本第２変形例では、偶数回の主走査が行われる。
【0108】
一例として図１５に示すように、偶数回の主走査が行われる。図１５に示す例では、２回の主走査が行われる例が示されている。先ず、１回目の走査におけるレーザ光Ｌが受光器３において受光されて、第１ビームプロファイルＢＰ１が得られる。次に、２回目の走査におけるレーザ光Ｌが受光器３において受光されて、第２ビームプロファイルＢＰ２が得られる。なお、ここでは、２回の主走査が行われる形態例を挙げて説明したが、これはあくまでも一例にすぎず、４回以上の偶数回の主走査が行われてもよい。
【0109】
第１ビームプロファイルＢＰ１及び第２ビームプロファイルＢＰ２は、受光器３において一時的に保存される。第１ビームプロファイルＢＰ１及び第２ビームプロファイルＢＰ２が合成されることで、合成ビームプロファイルＩＢＰが得られる。合成ビームプロファイルＩＢＰにおいて、ピークＰは、第１ビームプロファイルＢＰ１及び第２ビームプロファイルＢＰ２の各々のピークＰよりも高くなる。合成ビームプロファイルＩＢＰにおけるピークＰの位置は、目標位置となる高さｈに対応している。
【0110】
すなわち、１回目の主走査におけるレーザ光ＬのビームスポットＳ１が、主走査方向ＭＤに移動される。次に、２回目の主走査において、レーザ光ＬのビームスポットＳ２が、主走査方向ＭＤに移動される。この場合、ビームスポットＳ２は、ビームスポットＳ１の一部と重複する範囲で、副走査方向ＳＤに移動される。ビームスポットＳ１及びＳ２において重複する重複領域ＯＲの面積のビームスポットＳ１の面積に対する割合は、４０％以上となっている。また、同じく重複領域ＯＲの面積のビームスポットＳ２の面積に対する割合は、４０％以上となっている。
【0111】
以上説明したように、本第２変形例に係るレーザ照射装置２では、主走査が偶数回（例えば、２回）行われる。主走査が２回行われる場合であっても、主走査方向ＭＤにビームスポットＳが移動され、さらに、主走査方向ＭＤと直交する副走査方向ＳＤにビームスポットＳが移動される。そして、ビームスポットＳが主走査方向ＭＤにおける同じ位置を複数回通過する態様で走査機構１１に対して主走査を行わせる際に、主走査に加えて副走査を行わせることにより、同じ位置を通過する複数のビームスポットＳを、副走査方向ＳＤで隣り合う複数のビームスポットＳの一部が重複する範囲で副走査方向ＳＤに移動させる。複数のビームスポットＳが重複すると、各ビームスポットＳの光強度分布を表すビームプロファイルＢＰを合成した合成ビームプロファイルＩＢＰにおいて、単一のビームスポットＳにおけるビームプロファイルＢＰと比較してピークＰが高くなる。従って、本構成によれば、従来と比較して、照射距離が遠い場合でもレーザ光Ｌの光強度分布のピークＰが検出されやすくなる。
【0112】
（第３変形例）
上記第１実施形態では、ビームスポットＳの副走査方向ＳＤの移動量Ｌ１及びＬ２が同じである形態例を挙げて説明したが、本開示の技術はこれに限定されない。第３変形例では、移動量Ｌ１及びＬ２は、異なっている。
上記第１実施形態では、ビームスポットＳの副走査方向ＳＤの移動量Ｌ１及びＬ２が同じである形態例を挙げて説明したが、本開示の技術はこれに限定されない。第３変形例では、移動量Ｌ１及びＬ２は、異なっている。
【0113】
一例として図１６に示すように、走査機構１１は、主走査に加えて、主走査方向ＭＤと直交する副走査方向ＳＤにビームスポットＳを移動させる副走査を行う。副走査において、ビームスポットＳの移動範囲ＭＲは、予め設定されている。そして、ビームスポットＳ１とビームスポットＳ２の間の移動量Ｌ１と、ビームスポットＳ２とビームスポットＳ３との間の移動量Ｌ２とは、異なっている。図１６に示す例では、移動量Ｌ２が、移動量Ｌ１よりも大きくなるように設定されている。
【0114】
すなわち、１回目の主走査におけるレーザ光ＬのビームスポットＳ１が、主走査方向ＭＤに移動される。次に、２回目の主走査において、レーザ光ＬのビームスポットＳ２が、主走査方向ＭＤに移動される。この場合、ビームスポットＳ２は、ビームスポットＳ１の一部と重複する範囲で、副走査方向ＳＤに移動量Ｌ１分、移動する。そして、３回目の走査において、レーザ光ＬのビームスポットＳ３が、主走査方向ＭＤに移動される。この場合、ビームスポットＳ３は、ビームスポットＳ２の一部と重複する範囲で、副走査方向ＳＤに移動量Ｌ２分、移動する。
【0115】
第１～第３ビームプロファイルＢＰ１～３は、受光器３において一時的に保存される。第１～第３ビームプロファイルＢＰ１～３が合成されることで、合成ビームプロファイルＩＢＰが得られる。合成ビームプロファイルＩＢＰにおいて、ピークＰは、第１～第３ビームプロファイルＢＰ１～３の各々のピークＰよりも高くなる。合成ビームプロファイルＩＢＰにおけるピークＰの位置は、目標位置となる高さｈに対応している。
【0116】
以上説明したように、本第３変形例に係るレーザ照射装置２では、ビームスポットＳの副走査方向の移動量Ｌ１及びＬ２が異なっている。移動量Ｌ１及びＬ２が異なっている場合であっても、主走査方向ＭＤにビームスポットＳが移動され、さらに、主走査方向ＭＤと直交する副走査方向ＳＤにビームスポットＳが移動される。そして、ビームスポットＳが主走査方向ＭＤにおける同じ位置を複数回通過する態様で走査機構１１に対して主走査を行わせる際に、主走査に加えて副走査を行わせることにより、同じ位置を通過する複数のビームスポットＳを、副走査方向ＳＤで隣り合う複数のビームスポットＳの一部が重複する範囲で副走査方向ＳＤに移動させる。複数のビームスポットＳが重複すると、各ビームスポットＳの光強度分布を表すビームプロファイルＢＰを合成した合成ビームプロファイルＩＢＰにおいて、単一のビームスポットＳにおけるビームプロファイルＢＰと比較してピークＰが高くなる。従って、本構成によれば、従来と比較して、照射距離が遠い場合でもレーザ光Ｌの光強度分布のピークＰが検出されやすくなる。
【0117】
（第４変形例）
上記第１実施形態では、レーザ照射装置２から出射されるレーザ光Ｌの軌跡Ｒが螺旋状である形態例を挙げて説明したが、本開示の技術はこれに限定されない。螺旋状以外のレーザ光Ｌの軌跡Ｒの例を、図１７に示す。図１７に示す例では、図１１に示す螺旋状の例と異なり、レーザ光Ｌの出射方向がＺ軸ａｚの回りで回転する間は、出射方向をＺ軸ａｚの方向に変化させない。そして、出射方向がＺ軸ａｚの回りで１回転以上した後、出射方向をＺ軸ａｚの方向に移動させる。このように出射方向のＺ軸ａｚの回りの回転と、Ｚ軸ａｚの方向の移動とを段階的に行うようにしてもよい。
上記第１実施形態では、レーザ照射装置２から出射されるレーザ光Ｌの軌跡Ｒが螺旋状である形態例を挙げて説明したが、本開示の技術はこれに限定されない。螺旋状以外のレーザ光Ｌの軌跡Ｒの例を、図１７に示す。図１７に示す例では、図１１に示す螺旋状の例と異なり、レーザ光Ｌの出射方向がＺ軸ａｚの回りで回転する間は、出射方向をＺ軸ａｚの方向に変化させない。そして、出射方向がＺ軸ａｚの回りで１回転以上した後、出射方向をＺ軸ａｚの方向に移動させる。このように出射方向のＺ軸ａｚの回りの回転と、Ｚ軸ａｚの方向の移動とを段階的に行うようにしてもよい。
【0118】
レーザ光Ｌの出射方向を図１７のように変化させる場合は、次のように可動ミラー部２０を駆動する。まず、可動ミラー部２０のＺ軸ａｚに対する傾斜角を一定に保った状態で、可動ミラー部２０の歳差運動を行わせる。そして、出射方向が１回転以上した後に、歳差運動を一旦停止し、可動ミラー部２０の傾斜角を変化させる。傾斜角を変化させた後、再び歳差運動を開始させる。こうした動作を繰り返すことにより、可動ミラー部２０の傾斜角を段階的に変化させれば、図１７に示すように、Ｚ軸ａｚの方向の出射方向の移動が行われる。
【0119】
なお、上記各実施形態では、走査機構１１において、可動ミラー部２０が圧電駆動方式で駆動される形態例を挙げて説明したが、本開示の技術は、これに限定されない。可動ミラー部２０が電磁駆動方式、又は静電駆動方式で駆動されてもよい。
【0120】
また、上記各実施形態では、全方位レンズ４２の縦断面形状が、三角形状又は台形状である形態例を挙げて説明したが、本開示の技術はこれに限定されない。全方位レンズ４２及び４５の縦断面形状は、矩形状であってもよい。
【0121】
また、上記各実施形態では、全方位レンズ４２が屈折力を有する形態例を挙げて説明したが、本開示の技術はこれに限定されない。例えば、全方位レンズ４２として、屈折力を有さず、かつレーザ光Ｌに対して透明な部材が用いられてもよい。
【0122】
また、上記各実施形態では、可動ミラー部２０へのレーザ光Ｌの入射方向はＺ軸方向であるが、レーザ光Ｌの入射方向はＺ軸方向には限定されず、Ｚ軸方向に交差する方向であってもよい。
【0123】
また、上各実施形態の出射光学系１２の一部分を切り出すことにより、レーザ光Ｌの走査範囲を、例えば２７０°又は１８０°としたレーザ照射装置２を構成することも可能である。
【0124】
また、上記各実施形態では、レーザレベリングシステム１を用いて、基準となる高さｈを示す指標となるレーザ光Ｌが受光器３で検出されることより、いわゆる水平出しが行われる形態例を挙げて説明したが、本開示の技術はこれに限定されない。レーザレベリングシステム１を用いて、水平出しとともに、又は水平出しに代えて、垂直出しが行われてもよい。
【0125】
以上に示した記載内容及び図示内容は、本開示の技術に係る部分についての詳細な説明であり、本開示の技術の一例に過ぎない。例えば、上記の構成、機能、作用、及び効果に関する説明は、本開示の技術に係る部分の構成、機能、作用、及び効果の一例に関する説明である。よって、本開示の技術の主旨を逸脱しない範囲内において、以上に示した記載内容及び図示内容に対して、不要な部分を削除したり、新たな要素を追加したり、置き換えたりしてもよいことは言うまでもない。また、錯綜を回避し、本開示の技術に係る部分の理解を容易にするために、以上に示した記載内容及び図示内容では、本開示の技術の実施を可能にする上で特に説明を要しない技術常識等に関する説明は省略されている。
【0126】
本明細書において、「Ａ及び／又はＢ」は、「Ａ及びＢのうちの少なくとも１つ」と同義である。つまり、「Ａ及び／又はＢ」は、Ａだけであってもよいし、Ｂだけであってもよいし、Ａ及びＢの組み合わせであってもよい、という意味である。また、本明細書において、３つ以上の事柄を「及び／又は」で結び付けて表現する場合も、「Ａ及び／又はＢ」と同様の考え方が適用される。
【0127】
本明細書に記載された全ての文献、特許出願および技術規格は、個々の文献、特許出願および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
【0128】
上記実施形態に関し、さらに以下の付記を追加する。
【0129】
＜付記１＞
発散角を有し、かつ照射距離に応じてビームスポットのスポット径が広がるレーザ光を出射するレーザ光源と、
上記レーザ光の照射方向を変化させることにより上記レーザ光の上記ビームスポットを予め設定された主走査方向へ移動させる主走査と、上記ビームスポットを上記主走査方向と直交する副走査方向へ移動させる副走査とが可能な走査機構と、
上記走査機構を制御するプロセッサと、を備えており、
上記プロセッサは、
上記ビームスポットが上記主走査方向における同じ位置を複数回通過する態様で上記走査機構に対して上記主走査を行わせる際に、上記主走査に加えて上記副走査を行わせることにより、上記同じ位置を通過する複数の上記ビームスポットを、上記副走査方向で隣り合う複数のビームスポットの一部が重複する範囲で上記副走査方向に移動させる、
レーザ照射装置。
＜付記２＞
上記隣り合う複数のビームスポットにおいて重複する重複領域の面積の上記ビームスポットの面積に対する割合は、４０％以上である、
付記１に記載のレーザ照射装置。
＜付記３＞
上記隣り合う複数のビームスポットのそれぞれの上記副走査方向の光強度分布である単独のビームプロファイルを合成した合成ビームプロファイルにおいて、上記副走査方向の中央位置が光強度分布のピークとなるように、上記重複領域の割合が設定されている、
付記１又は付記２に記載のレーザ照射装置。
＜付記４＞
上記主走査において、上記ビームスポットが上記同じ位置を複数回通過する場合において、上記隣り合う複数の上記ビームスポットの上記副走査方向の間隔は同じである、
付記１から付記３の何れか一項に記載のレーザ照射装置。
＜付記５＞
上記副走査において、上記ビームスポットの上記副走査方向の移動範囲は予め設定されており、上記移動範囲の中心位置を基準に上記副走査方向の一方を正方向、他方を負方向とした場合において、上記正方向と上記負方向の移動量は同じである、
付記１から付記４の何れか一項に記載のレーザ照射装置。
＜付記６＞
上記副走査方向に沿った軸を基準軸とした場合において、上記走査機構は、上記基準軸回りの全方位に上記主走査が可能である、
付記１から付記５の何れか一項に記載のレーザ照射装置。
＜付記７＞
上記走査機構は、上記基準軸と交差する位置に配置された可動反射面を有する可動ミラー部を有し、
上記基準軸を法線とする面内で直交する２軸を第１軸及び第２軸とした場合において、
上記可動ミラー部は、上記第１軸と上記第２軸のそれぞれの軸回りで回転可能な２軸回転ミラーであり、かつ、上記可動反射面が上記基準軸と直交する位置を初期位置とした場合において、上記第１軸と上記第２軸のそれぞれの軸回りに上記初期位置を基準とする正方向及び負方向に回転することにより、上記レーザ光が出射する向きを上記基準軸の回りに円錐状に変化させる、
付記６に記載のレーザ照射装置。
＜付記８＞
上記可動ミラー部は、上記レーザ光が出射する向きを上記基準軸の回りに螺旋状に変化させる、
付記７に記載のレーザ照射装置。
＜付記９＞
上記可動ミラー部は、ＭＥＭＳミラーである、
付記８に記載のレーザ照射装置。
＜付記１０＞
上記レーザ光を出射させる出射光学系を有し、
上記出射光学系は、上記基準軸に対応する中央に上記レーザ光を通過させる開口が形成され、かつ上記基準軸を中心に上記軸と直交する径方向に広がる円環状の第１反射面を有する第１円環型反射ミラーを備え、
上記第１円環型反射ミラーは、上記可動反射面で反射した上記レーザ光を上記第１反射面によって反射する、
付記７から付記９の何れか一項に記載のレーザ照射装置。
＜付記１１＞
上記出射光学系は、上記第１円環型反射ミラーの上記第１反射面によって反射された上記レーザ光を屈折させる屈折力を有する全方位レンズを備える、
付記１０に記載のレーザ照射装置。
＜付記１２＞
上記可動反射面の回転角を検出するための角度センサを備える、
付記７から付記１１の何れか一項に記載のレーザ照射装置。
＜付記１３＞
付記１から付記１２の何れか一項に記載のレーザ照射装置と、
上記レーザ照射装置が照射した上記レーザ光を受光して上記レーザ光の光強度分布を計測する受光装置と、を備える、
計測システム。
＜付記１４＞
上記受光装置は、上記光強度分布が計測された結果を表示するモニタを備えている、
付記１３に記載の計測システム。
＜付記１５＞
上記レーザ光が目標位置を示す指標として用いられる、
付記１３又は付記１４に記載の計測システム。
発散角を有し、かつ照射距離に応じてビームスポットのスポット径が広がるレーザ光を出射するレーザ光源と、
上記レーザ光の照射方向を変化させることにより上記レーザ光の上記ビームスポットを予め設定された主走査方向へ移動させる主走査と、上記ビームスポットを上記主走査方向と直交する副走査方向へ移動させる副走査とが可能な走査機構と、
上記走査機構を制御するプロセッサと、を備えており、
上記プロセッサは、
上記ビームスポットが上記主走査方向における同じ位置を複数回通過する態様で上記走査機構に対して上記主走査を行わせる際に、上記主走査に加えて上記副走査を行わせることにより、上記同じ位置を通過する複数の上記ビームスポットを、上記副走査方向で隣り合う複数のビームスポットの一部が重複する範囲で上記副走査方向に移動させる、
レーザ照射装置。
＜付記２＞
上記隣り合う複数のビームスポットにおいて重複する重複領域の面積の上記ビームスポットの面積に対する割合は、４０％以上である、
付記１に記載のレーザ照射装置。
＜付記３＞
上記隣り合う複数のビームスポットのそれぞれの上記副走査方向の光強度分布である単独のビームプロファイルを合成した合成ビームプロファイルにおいて、上記副走査方向の中央位置が光強度分布のピークとなるように、上記重複領域の割合が設定されている、
付記１又は付記２に記載のレーザ照射装置。
＜付記４＞
上記主走査において、上記ビームスポットが上記同じ位置を複数回通過する場合において、上記隣り合う複数の上記ビームスポットの上記副走査方向の間隔は同じである、
付記１から付記３の何れか一項に記載のレーザ照射装置。
＜付記５＞
上記副走査において、上記ビームスポットの上記副走査方向の移動範囲は予め設定されており、上記移動範囲の中心位置を基準に上記副走査方向の一方を正方向、他方を負方向とした場合において、上記正方向と上記負方向の移動量は同じである、
付記１から付記４の何れか一項に記載のレーザ照射装置。
＜付記６＞
上記副走査方向に沿った軸を基準軸とした場合において、上記走査機構は、上記基準軸回りの全方位に上記主走査が可能である、
付記１から付記５の何れか一項に記載のレーザ照射装置。
＜付記７＞
上記走査機構は、上記基準軸と交差する位置に配置された可動反射面を有する可動ミラー部を有し、
上記基準軸を法線とする面内で直交する２軸を第１軸及び第２軸とした場合において、
上記可動ミラー部は、上記第１軸と上記第２軸のそれぞれの軸回りで回転可能な２軸回転ミラーであり、かつ、上記可動反射面が上記基準軸と直交する位置を初期位置とした場合において、上記第１軸と上記第２軸のそれぞれの軸回りに上記初期位置を基準とする正方向及び負方向に回転することにより、上記レーザ光が出射する向きを上記基準軸の回りに円錐状に変化させる、
付記６に記載のレーザ照射装置。
＜付記８＞
上記可動ミラー部は、上記レーザ光が出射する向きを上記基準軸の回りに螺旋状に変化させる、
付記７に記載のレーザ照射装置。
＜付記９＞
上記可動ミラー部は、ＭＥＭＳミラーである、
付記８に記載のレーザ照射装置。
＜付記１０＞
上記レーザ光を出射させる出射光学系を有し、
上記出射光学系は、上記基準軸に対応する中央に上記レーザ光を通過させる開口が形成され、かつ上記基準軸を中心に上記軸と直交する径方向に広がる円環状の第１反射面を有する第１円環型反射ミラーを備え、
上記第１円環型反射ミラーは、上記可動反射面で反射した上記レーザ光を上記第１反射面によって反射する、
付記７から付記９の何れか一項に記載のレーザ照射装置。
＜付記１１＞
上記出射光学系は、上記第１円環型反射ミラーの上記第１反射面によって反射された上記レーザ光を屈折させる屈折力を有する全方位レンズを備える、
付記１０に記載のレーザ照射装置。
＜付記１２＞
上記可動反射面の回転角を検出するための角度センサを備える、
付記７から付記１１の何れか一項に記載のレーザ照射装置。
＜付記１３＞
付記１から付記１２の何れか一項に記載のレーザ照射装置と、
上記レーザ照射装置が照射した上記レーザ光を受光して上記レーザ光の光強度分布を計測する受光装置と、を備える、
計測システム。
＜付記１４＞
上記受光装置は、上記光強度分布が計測された結果を表示するモニタを備えている、
付記１３に記載の計測システム。
＜付記１５＞
上記レーザ光が目標位置を示す指標として用いられる、
付記１３又は付記１４に記載の計測システム。
【符号の説明】
【0130】
１ レーザレベリングシステム
２ レーザ照射装置
３ 受光器
３Ａ エリアセンサ
３Ｂ モニタ
４ 標尺
１０ 光源
１１ 走査機構
１２ 出射光学系
１４ 制御装置
１４Ａ プロセッサ
１４Ｂ ＲＡＭ
１４Ｃ ＮＶＭ
１４Ｄ 外部Ｉ／Ｆ
１４Ｅ バス
１５ コリメータレンズ
２０ 可動ミラー部
２０Ａ 可動反射面
２０Ｂ 裏面
２１ 第１支持部
２２ 第１可動枠
２３ 第２支持部
２４ 第２可動枠
２５ 接続部
２６ 固定枠
３０ 圧電素子
３１ 第１アクチュエータ
３２ 第２アクチュエータ
３５ アクチュエータ
４０ 第１円環型反射ミラー
４０Ａ 開口
４０Ｂ 第１反射面
４２ 全方位レンズ
４２Ａ 空洞
５０ 角度センサ
５１ 検出用光源
５２ 角度変更部材
５２Ａ 反射面
５３ 検出素子
５３Ａ 受光面
ＢＰ，ＢＰ１，ＢＰ２，ＢＰ３ ビームプロファイル
Ｃ 中心
Ｅ１ 第１端
Ｅ２ 第２端
Ｆ 床面
ＩＢＰ 合成ビームプロファイル
Ｌ レーザ光
Ｌｄ 検出光
Ｌ１，Ｌ２ 移動量
ＭＤ 主走査方向
ＭＲ 移動範囲
Ｎ 法線
ＯＲ 重複領域
Ｐ ピーク
ＰＦ１、ＰＦ２ ビームプロファイルＢＰの模式図
ｒ スポット径
Ｓ，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ ビームスポット
ＳＤ 副走査方向
θ 反射角
ｔ 厚み
Ｒ 軌跡
Ｗ 壁
２ レーザ照射装置
３ 受光器
３Ａ エリアセンサ
３Ｂ モニタ
４ 標尺
１０ 光源
１１ 走査機構
１２ 出射光学系
１４ 制御装置
１４Ａ プロセッサ
１４Ｂ ＲＡＭ
１４Ｃ ＮＶＭ
１４Ｄ 外部Ｉ／Ｆ
１４Ｅ バス
１５ コリメータレンズ
２０ 可動ミラー部
２０Ａ 可動反射面
２０Ｂ 裏面
２１ 第１支持部
２２ 第１可動枠
２３ 第２支持部
２４ 第２可動枠
２５ 接続部
２６ 固定枠
３０ 圧電素子
３１ 第１アクチュエータ
３２ 第２アクチュエータ
３５ アクチュエータ
４０ 第１円環型反射ミラー
４０Ａ 開口
４０Ｂ 第１反射面
４２ 全方位レンズ
４２Ａ 空洞
５０ 角度センサ
５１ 検出用光源
５２ 角度変更部材
５２Ａ 反射面
５３ 検出素子
５３Ａ 受光面
ＢＰ，ＢＰ１，ＢＰ２，ＢＰ３ ビームプロファイル
Ｃ 中心
Ｅ１ 第１端
Ｅ２ 第２端
Ｆ 床面
ＩＢＰ 合成ビームプロファイル
Ｌ レーザ光
Ｌｄ 検出光
Ｌ１，Ｌ２ 移動量
ＭＤ 主走査方向
ＭＲ 移動範囲
Ｎ 法線
ＯＲ 重複領域
Ｐ ピーク
ＰＦ１、ＰＦ２ ビームプロファイルＢＰの模式図
ｒ スポット径
Ｓ，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ ビームスポット
ＳＤ 副走査方向
θ 反射角
ｔ 厚み
Ｒ 軌跡
Ｗ 壁
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
