JP2001296121A - 測量用受光器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転レーザ装置Ｌ等の投光装置から投射され
る基準光を受けて、その受光位置を検出するための受光
器Ｒにおいて、該投光装置との間の距離が変化しても、
そのことに拘わらず高い位置検出精度が得られるように
する。 【解決手段】 受光器Ｒの受光窓部２に、計測方向であ
る縦方向に長い矩形のフォトダイオード２１，２２を横
方向に２個並べて１組とし、かつ縦方向に４組配置す
る。それらを覆う濃淡の調光フィルタ２４を各フォトダ
イオード２１，２２に対応するように８つに区画する。
向かって左側のフォトダイオード２１に対応する区画を
各々、上側から下側に向かって徐々に濃度が低くなるよ
うにする。向かって右側の各フォトダイオード２２に対
応する区画を各々、上側から下側に向かって徐々に濃度
が高くなるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、建築物の
水平又は垂直方向の変位量の測定や水準測量等に用いら
れ、回転レーザ装置等の投光装置から投射される基準光
を受けて、この基準光に対する対象物の相対位置を計測
するための測量用受光器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、この種の測量用受光器とし
て、例えば特開平４−１３９１８号公報や特開平７−２
７０１６０号公報に開示されるように、回転レーザ装置
により基準面内において回転走査されるレーザ光（基準
光）を受けて、その基準面に直交する方向についての位
置計測を行えるようにしたものが知られている。そし
て、前記両公報にそれぞれ記載されている受光器では、
少なくとも１組の楔形の光電変換素子（受光素子）によ
りレーザ光を受光して、該各光電変換素子により得られ
る電気信号に基づいて前記基準面を検出するようにして
いる。

【０００３】そのような楔形の光電変換素子による位置
検出の原理を、図９及び図１０に基づいて説明する。例
えば図９に示すように、同じ直角三角形状の２つの光電
変換素子ａ1，ａ2を、上下方向についてそれぞれ面積が
増大又は減少するように反対向きに左右に並べて、レー
ザ光を図の左側から右側に向かうように走査する。この
とき、レーザ光のビームスポットｂが同図に仮想線で示
すように通過すると、前記１組の光電変換素子ａ1，ａ2
のそれぞれの受光面積は図に斜線を入れて示すようにな
り、図１０(ａ)に示すように、各光電変換素子ａ1，ａ2
からそれぞれ受光面積に対応する電気信号が出力され
る。

【０００４】そして、楔形状の光電変換素子ａ1，ａ2の
受光面積は、ビームスポットｂの通過する上下方向の位
置に応じて変化するから、前記のように１組の光電変換
素子ａ1，ａ2からそれぞれ出力される電気信号を互いに
対比すれば、ビームスポットｂの通過位置、即ち基準面
の位置を検出できると考えられる。そこで、前記従来例
の受光器では、前記１組の光電変換素子ａ1，ａ2からそ
れぞれ出力される電気信号をフィルタアンプｃにより増
幅し、Ａ/Ｄコンバータｄによりデジタル信号に変換し
て、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）ｅに入力する。そそ
して、該ＣＰＵｅにより所定の演算を行って、ビームス
ポットｂの通過位置を検出するものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記楔形の
光電変換素子ａ1，ａ2を用いた受光器には、投光装置か
らの距離が変化したときに、そのことによって測定精度
が変動するという問題がある。すなわち、まず、一般的
にフォトダイオードや太陽電池パネル等の光電変換素子
には、光の受光周期が短くなると、光量は同じであって
も出力が低下するという傾向があり、この傾向は受光面
が大きい大容量のものほど強くなる。また、光電変換素
子からの出力電圧を増幅するフィルタアンプにも同様の
特性があり、前記図９に一例を示すように、所定以上の
高周波の入力信号に対しては、その周波数が高いほどゲ
インが低下してしまう。

【０００６】このため、前記のように楔形の光電変換素
子ａ1，ａ2を用いる場合、そこから得られる電気信号は
厳密に言えば受光面積には比例せず、例えば、ビームス
ポットｂの通過時間が短いほど、即ち楔形の横方向の長
さの短いところほど、受光量に対する出力の低下幅が大
きくなる。

【０００７】また、通常、回転レーザ装置の回転周期は
略一定なので、そこから受光器までの距離が短ければ、
該受光器側におけるレーザ光の通過時間は相対的に長く
なり、一方、回転レーザ装置から遠いほど、レーザ光の
通過時間は短くなる。このため、受光器が回転レーザ装
置から遠ざかると、そのことによってレーザ光の受光周
期が短くなり、前記図１０(ｂ)に示すように、受光量が
同じであっても出力が低下することになる。そして、そ
のように受光器が回転レーザ装置から遠くなって、光電
変換素子ａ1，ａ2によるレーザ光の受光周期が短くなっ
たときに、そのことによる出力の低下度合いは、同図に
示すように光電変換素子ａ1，ａ2の横方向の長さが短い
ところほど、大きくなる。

【０００８】つまり、従来例の如き楔形の光電変換素子
を用いた受光器では、その光電変換素子からの信号出力
がレーザ光の受光位置の変化と回転レーザ装置からの距
離の変化とによって変化してしてしまうので、２つの光
電変換素子からの出力値に基づいて受光位置を検出する
ようにしていても、その検出結果が回転レーザ装置から
の距離によって変動してしまうことは避けられず、結
局、高精度の位置検出はできないものである。

【０００９】本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、投光装置から投射され
る基準光を受けて、その受光位置を検出するための受光
器Ｒにおいて、受光部の構成に工夫を凝らし、該投光装
置との間の距離が変化しても、そのことに拘わらず高い
位置検出精度を得ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明では、基準光の受光位置が変化したときに、
受光面積は同じであっても受光量が変化するように、光
電変換素子の受光部へ入射する基準光の光量を調節する
光量調節手段を設けた。

【００１１】具体的に、請求項１の発明は、測量の対象
物に取り付けられて、投光装置から投射される基準光を
少なくとも１組の光電変換素子により受光し、該光電変
換素子から出力される電気信号に基づいて、前記基準光
の受光位置を検出するようにした測量用受光器を前提と
する。そして、前記１組の光電変換素子の各受光部は、
それぞれ受光位置の検出方向である縦方向について所定
長さを有し、かつ縦方向と直交する横方向に並ぶように
配置されているものとする。そして、前記１組の受光部
のいずれか一方を覆って、透過する光の光量を調節する
第１の光量調節手段を設け、この第１の光量調節手段
を、前記受光部において基準光の受光位置が縦方向の一
側から他側に向かって変化するときに、その受光面積が
同じであっても受光量は増大するように透過する光量を
調節するものとする。

【００１２】前記の構成により、投光装置からの基準光
の受光位置が１組の光電変換素子の各受光部においてそ
れぞれ縦方向の一側から他側に向かって変化するとき、
この変化に伴い一方の受光部の受光量が増大するよう
に、第１の光量調節手段により基準光の透過光量が調節
される。これにより、該一方の光電変換素子からの出力
信号が基準光の受光位置に応じて変化することになり、
該一方の光電変換素子と他方の光電変換素子とからそれ
ぞれ得られる信号出力を対比することで、基準光の受光
位置を検出することができる。

【００１３】ここで、前記１組の光電変換素子の各受光
部を、それぞれ縦方向の位置に拘わらず横方向の長さが
変わらないような形状とするか、又は双方の横方向の長
さが略同じになるようにすれば、受光器と投光装置との
間の距離の変化による悪影響を解消し、各光電変換素子
によりそれぞれ得られる出力に基づいて、基準光の受光
位置を高精度に検出することができる。

【００１４】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、１組の受光部の他方を覆って基準光の受光位置が縦
方向の一側から他側に向かって変化するときに、その受
光面積が同じであっても受光量が減少するように透過す
る光量を調節する第２の光量調節手段を設ける構成とす
る。

【００１５】この構成では、受光器による基準光の受光
位置が縦方向の一側から他側に向かって変化するとき、
この変化に伴い、一方の光電変換素子の受光量が増大す
るとともに、他方の光電変換素子の受光量が減少するよ
うに、該各光電変換素子への透過光量が第１及び第２の
光量調節手段により調節される。このため、仮に基準光
の受光位置の変化が小さくて、前記各光電変換素子から
の信号値の変化が小さいとしても、それらの２つの信号
値を例えば除算等すれば、その除算後の値の変化は十分
に大きなものとすることが可能になり、よって、基準光
の受光位置の検出精度をさらに高めることができる。

【００１６】請求項３の発明では、投光装置が、レーザ
光を予め設定された基準面内において回転投射する回転
レーザ装置であり、１組の光電変換素子の各受光部は、
各々その縦方向が前記基準面に略直交するように配置さ
れ、かつ互いに略同じ横方向の長さを有するものとす
る。

【００１７】このことで、１組の光電変換素子の各受光
部は、その縦方向の位置に拘わらず横方向の長さが互い
に略同じものなので、例えば、受光器と回転レーザ装置
との間の距離が遠くなって、各受光部における受光周期
が短くなったときに、そのことによる影響が双方の光電
変換素子に対し同じ割合で現れる。このため、該１組の
光電変換素子からの信号出力の対比により求められる位
置検出精度には、何ら悪影響の及ぶことはなく、よっ
て、受光器と回転レーザ装置との間の距離の変化に拘わ
らず、極めて高精度の位置検出が行える。

【００１８】請求項４の発明では、光量調節手段を、各
受光部の縦方向の一側から他側に向かって基準光の透過
率が変化するように濃淡の度合いが変更された調光フィ
ルタとする。このことで、基準光の透過率が変化する濃
淡の調光フィルタにより、光電変換素子の受光部に入射
する基準光の光量が確実に調節される。

【００１９】請求項５の発明では、光量調節手段を、各
受光部の縦方向の一側から他側に向かって基準光の平均
的な透過率が変化するように密度の異なる模様が描かれ
た調光フィルタとする。すなわち、基準光の照射範囲
（例えばレーザ光のビームスポット）に対し十分に細か
な模様の描かれた調光フィルタを用いれば、この調光フ
ィルタを基準光が通過するときに、その基準光の平均的
な透過率は模様の密度に応じて調節されることになり、
このことで、前記請求項４の発明と同様に、光電変換素
子の受光部に入射する基準光の光量が確実に調節され
る。

【００２０】

【発明の実施の形態】（受光器の構成）以下、本発明の
実施形態を図面に基いて説明する。

【００２１】図１は、本発明の実施形態に係る測量用受
光器Ｒを正面から見たもので、この受光器Ｒは、横断面
が略台形状となる樹脂製の器体１を有し、その台形の下
底辺に相当する基準面（図の裏側の面）を計測の対象物
に対し当接するように取付られて、反対側の前面に設け
られた受光窓部２において回転レーザ装置Ｌ（図６参
照）等の投光装置から投射されるレーザ光を受光するも
のである。前記受光窓部２は、位置検出方向である器体
１の長さ方向（縦方向：図の上下方向）に長い矩形状と
され、その長さ方向の中心位置がレーザ光を受光する基
準位置２ａとされており、詳しい構成は後述するが、８
個のフォトダイオード２１，２２，…（光電変換素子）
からレーザ光の実際の受光位置と前記基準位置２ａの距
離に対応する電気信号が出力されて、この信号が器体１
の内部に収容された信号処理回路８（図３参照）に入力
するようになっている。

【００２２】前記器体１の前面には、受光窓部２の隣り
に並んで長さ方向に延びるように表示部３が配設されて
いる。この表示部３は、例えばバックライトを備えた液
晶表示パネルやＥＬ（エレクトロルミネッセンス）等の
フラットディスプレー装置からなり、前記信号処理回路
８からの制御信号を受けて、受光窓部２における実際の
受光位置と基準位置２ａとの間の長さ方向の距離を高精
度に（例えば、０．１ｍｍ単位で）表示する。また、器
体１において台形の斜辺に相当する２つの側面には、作
業者が計測対象物の表面にマーキングを行うときに便利
なように、それぞれスケール４，４が設けられている。
このスケール４は、前記受光窓部２における基準位置２
ａに対応するように記された基準位置表示線４１，４１
を零とし、この位置から上下両側にそれぞれ受光窓部２
の長さ方向両端部に対応する位置まで延びていて、前記
基準位置表示線４１からの距離を１ｍｍ単位で示すよう
に目盛りが刻まれたものである。

【００２３】尚、同図において符号５は、器体１の鉛直
方向に対する傾斜状態を表す気泡管であり、符号６は、
前記表示部３の表示値を零にリセットするためのリセッ
トスイッチを示し、また、符号７は電源スイッチを示し
ている。

【００２４】ここで、本発明の特徴である前記受光窓部
２の構成について詳細に説明すると、この受光窓部２に
は、矩形状の８個のフォトダイオード２１，２２，…
と、該フォトダイオード２１，２２，…の受光面（受光
部）を覆う濃淡の調光フィルタ２４とが配設されてい
る。前記フォトダイオード２１，２２，…は、受光窓部
２の幅方向（横方向：図の左右方向）に並ぶ向かって左
側のフォトダイオード２１と右側のフォトダイオード２
２とが２枚１組とされ、受光窓部２の基準位置２ａを境
に上下両側に各々２組ずつ、合計４組が配置されてい
る。

【００２５】また、前記調光フィルタ２４は、図２にも
示すように、１枚で８個のフォトダイオード２１，２
２，…の受光面全体を覆うように設けられていて、各フ
ォトダイオード２１，２２に個別に対応するように８個
の区画に分けられており、該区画毎に濃淡の度合いが長
さ方向に徐々に変化するように例えばグレースケール印
刷により製作されたものである。具体的に、向かって左
側のフォトダイオード２１，２１，…に対応する区画で
は、各々、フォトダイオード２１の受光面において図の
上側から下側に向かって徐々に濃度が低くなっており、
一方、右側のフォトダイオード２２，２２，…に対応す
る区画では、各々図の上側から下側に向かって徐々に濃
度が高くなっている。

【００２６】前記左側の各フォトダイオード２１に対応
する調光フィルタ２４の左側の部分により、レーザ光の
受光位置が各フォトダイオード２１の受光面において縦
方向の一側から他側に向かって変化するときに、その受
光面積が略同じであっても受光量が増大するように透過
光量を調節する第１の光量調節手段が構成されている。
また、前記調光フィルタ２４の右側の部分により、レー
ザ光の受光位置が各フォトダイオード２２の受光面にお
いて縦方向の一側から他側に向かって変化するときに、
その受光面積が略同じであっても受光量が増大するよう
に透過光量を調節する第２の光量調節手段が構成されて
いる。

【００２７】前記の如く受光窓部２に配設された８つの
フォトダイオード２１，２２，…はそれぞれ受光量に応
じた電気信号を出力し、この出力信号が図３に示すよう
な信号処理回路８に入力されて、マイクロプロセッサ
（以下、ＣＰＵという）８１により処理されることによ
り、受光窓部２におけるレーザ光の受光位置が検出され
るようになっている。すなわち、前記信号処理回路８
は、各フォトダイオード２１，２２，…に対応するよう
に設けられ、入力される電気信号を増幅するフィルタア
ンプ８２，８２，…と、該各フィルタアンプ８２から出
力されるアナログ信号を所定周期毎に保持するサンプル
ホールド回路８３，８３，…と、該各サンプルホールド
回路８３により保持されたアナログ信号を所定ビット数
のデジタル信号に変換して、前記ＣＰＵ８１に入力する
Ａ/Ｄコンバータ８４，８４，…とを備えている。

【００２８】具体的には、図４に模式的に示すように、
レーザ光のビームスポットＢが１組のフォトダイオード
２１，２２を図の左側から右側に向かって略水平に通過
するときに、該各フォトダイオード２１，２２に入射す
るレーザ光の光量がそれぞれ調光フィルタ２４により調
節されて、例えば、受光量の比率がａ：ｂになるとす
る。このとき、前記各フォトダイオード２１，２２から
は各々受光量に比例する電圧Ｖａ，Ｖｂが出力され、そ
れぞれ、フィルタアンプ８２、サンプルホールド回路８
３、Ａ／Ｄコンバータ８４を介して、デジタル信号ｓ
ａ，ｓｂとしてＣＰＵ８１に入力する。そして、ＣＰＵ
８１により前記デジタル信号ｓａ，ｓｂの信号値の比率
に基づいて、前記１組のフォトダイオード２１，２２に
おけるレーザ光の長さ方向の受光位置（ｄ1又はｄ2）が
検出される。

【００２９】これにより、例えば前記１組のフォトダイ
オード２１，２２が基準位置２ａの上側に接するものな
らば、レーザ光の受光位置は、基準位置２ａの上側にｄ
2だけ離れていることになり、また、反対に１組のフォ
トダイオード２１，２２が基準位置２ａの下側に接する
ものならば、レーザ光の受光位置は、基準位置２ａの下
側にｄ1だけ離れていることになる。さらに、前記１組
のフォトダイオード２１，２２が基準位置２ａに接して
いないものであれば、受光位置から基準位置２ａまでの
距離は、前記ｄ1又はｄ2にフォトダイオードの１個分の
長さを足し合わせたものになる。

【００３０】尚、ビームスポットＢが２組のフォトダイ
オード２１，２２，…に跨っている場合には、その４枚
のフォトダイオード２１，２２，…からの出力に基づい
て、受光位置を検出することができる。一例を挙げれ
ば、フォトダイオードの上側の組及び下側の組における
総受光量の比率でもって受光位置を特定することができ
る。

【００３１】前記のようにして検出されたレーザ光の受
光位置は、基準位置２ａとの間の距離として表示部３に
数値表示される他、例えばリセットスイッチ６が操作さ
れると、一旦、表示部３の表示値が零になり、そのとき
の受光位置から次の受光位置までの距離が数値表示され
るようになっている。また、前記基準位置２ａとの間の
距離の数値データは、シリアル通信変換回路８６を介し
て、図示しないが、通信ケーブル等により外部機器（例
えば、パーソナルコンピュータや外部記憶装置等）に対
して送信されるようになっている。

【００３２】次に、前記ＣＰＵ８１による信号処理演算
の手順を、図５に示すフローチャート図に基づいて具体
的に説明する。尚、この演算は予め設定された制御プロ
グラムがＣＰＵ８１により所定時間毎に実行されること
により、実現される。

【００３３】まず、同図に示すスタート後のステップＳ
１において、８個のフォトダイオード２１，２２，…か
らの信号ｓ1〜ｓ8をそれぞれ入力し、続くステップＳ２
において、該信号ｓ1〜ｓ8の最大値が所定のしきい値以
上かどうか判定する。この判定がＮＯならばいずれのフ
ォトダイオード２１，２２，…もレーザ光を受光してい
ないと判定して、前記ステップＳ１にリターンする一
方、判定がＹＥＳならば、レーザ光を受光したと判定し
てステップＳ３に進み、読み込んだ信号ｓ1〜ｓ8の各値
をメモリに記憶する。

【００３４】続いて、ステップＳ４において再び信号ｓ
1〜ｓ8を入力し、続くステップＳ５において、入力した
各信号ｓ1〜ｓ8の値をそれぞれ前記ステップＳ３で記憶
した値と比較する。そして、新たに入力した信号値の方
が大きければ、信号のピークに到達していないＮＯと判
定し、前記ステップＳ３にリターンしてメモリの記憶値
を更新する一方、新たに入力した信号値よりもメモリの
記憶値の方が大きければ、信号のピークに到達したＹＥ
Ｓと判定してステップＳ６に進み、サンプルホールド回
路８３にリセット信号を出力する。

【００３５】つまり、フォトダイオード２１，２２，…
からのアナログ出力を所定のサンプリング周期毎にデジ
タル化してＣＰＵ８１に入力し、このＣＰＵ８１におい
てアナログ信号の出力波形（図４参照）のピーク値を検
出したと判定すれば、該ピーク値をメモリに記憶する。

【００３６】続いて、ステップＳ７において、メモリに
記憶している信号値を足し合わせて、信号ｓ1〜ｓ8の値
の総和ｓallを演算し、続くステップＳ８において、該
出力値の総和ｓallが予め設定した適正範囲（ｓs〜ｓ
L）にあるかどうか判定する。ここで、前記適正範囲の
最小値ｓsとは、例えば、受光器Ｒが回転レーザ装置Ｌ
から遠く離れていて、レーザ光の減衰が大きいときに、
高い位置検出精度を確保するために必要なダイナミック
レンジを有する最小の信号値に対応する値である。ま
た、適正範囲の最大値ｓLとは、例えば、受光器Ｒが回
転レーザ装置Ｌの近くにあるときに、受光するレーザ光
の光量が多すぎて信号値が飽和することのない範囲での
最大の光量に対応する値である。

【００３７】前記ステップＳ８においてフォトダイオー
ド２１，２２，…からの信号値の総和ｓallが適正範囲
にあるＹＥＳと判定すれば、ステップＳ９に進んで、信
号ｓ1〜ｓ8の値に基づいて、受光位置の検出を行う。例
えば、レーザ光を受光しているフォトダイオード２１，
２２，…が１組の場合について説明すると、その１組の
フォトダイオード２１，２２のそれぞれにより得られた
信号値の比率を演算し、予め設定したデータテーブルを
参照して、前記の信号値の比率に対応する基準位置２ａ
からの距離を読み込む。

【００３８】すなわち、前記データテーブルとは、図示
しないが、基準位置２ａからの距離を０．１ｍｍ刻みで
変化させたときに、その各距離に対応して１組のフォト
ダイオード２１，２２により得られる信号値の比率（設
定比率）を予め実験的に設定して記録したものである。
そして、前記のように演算されたフォトダイオード２
１，２２からの信号値の比率に基づいて、データテーブ
ルからその比率に最も近い設定比率を選択し、この設定
比率に対応する距離の値を読み込んで、基準位置２ａか
らの距離として演算するようにしている。

【００３９】そして、前記ステップＳ９に続くステップ
Ｓ１０において、上述の如く求めた受光位置の検出デー
タを受光器Ｒの表示部３に数値表示させ、また、シリア
ル通信変換回路８６により図外のパーソナルコンピュー
タ等に送信して（検出データの更新）、しかる後にリタ
ーンする。つまり、受光器Ｒに入射するレーザ光の強さ
が、位置の検出のために適切な範囲にあれば、このレー
ザ光の受光位置が正確に検出される。

【００４０】一方、前記ステップＳ８において、フォト
ダイオード２１，２２，…からの信号値の総和ｓallが
適正範囲にないＮＯと判定されたときには、続くステッ
プＳ１１において該出力値の総和ｓallが適正範囲の最
大値ｓL以上かどうか判定する。この判定がＹＥＳなら
ばステップＳ１２に進んで、フィルタアンプ８２のゲイ
ンを減少させるべくゲイン補正信号を出力する一方、判
定がＮＯならばステップＳ１３に進んでフィルタアンプ
８２のゲインを増大させて、しかる後にそれぞれリター
ンする。つまり、受光器Ｒに入射するレーザ光の強さが
強すぎるか或いは弱すぎて、適切な範囲にない場合に
は、増幅後の信号値が適切な範囲に入るように、フィル
タアンプ８２，８２，…による増幅度合いを補正するよ
うにしている。

【００４１】（作用効果）次に、前記構成の受光器Ｒを
水準測量に用いる場合の使用方法とその作用効果とを、
図６及び図７に基づいて説明する。

【００４２】まず、計測を行う作業者Ｐは、所定の場所
に回転レーザ装置Ｌを設置して、計測の基準となるレー
ザ光を予め設定した水平レベル（基準面）内において回
転投射させる。続いて、該作業者Ｐは、受光器Ｒの電源
スイッチ７をオン操作し、図６に示す計測位置（ａ）に
おいて、計測対象物である建築物の壁面に対し受光器Ｒ
を保持しながら、前記水平レベルの検出を行う。詳しく
は、作業者Ｐは受光器Ｒの器体１を縦向きに保持してそ
の裏面（基準面）を壁面に当接させながら、表示部３に
何らかの数値が表示されるまで、器体１を上下に移動さ
せる。続いて、作業者Ｐは、気泡管５の気泡の位置を見
ながら、器体１を正確に鉛直方向に向くように表面に沿
って僅かに回動させ、この状態で器体１を壁面に対しし
っかりと保持しながら、スケール４の目盛りを目安にし
て、表示部３に示された数値の分だけ基準位置表示線４
１から離れた位置にマーキングを行う。

【００４３】このような作業において、まず、受光器Ｒ
の受光窓部２が器体１の長さ方向について比較的長く構
成されているので、該受光窓部２により１度に受光可能
な長さが十分に長くなり、このことで、レーザ光を容易
かつ迅速に受光することができる。

【００４４】そして、そのように受光したレーザ光の位
置が、受光器Ｒの受光窓部２に配設された４組のフォト
ダイオード２１，２２，…により極めて高精度に検出さ
れる。すなわち、この受光窓部２におけるレーザ光の受
光位置がその長さ方向の上側から下側に向かって変化す
ると、レーザ光を受光している１組のフォトダイオード
２１，２２のうち、向かって左側のものの受光量が受光
位置の変化に伴い徐々に増大する一方、向かって右側の
ものの受光量は徐々に減少する。このため、仮に受光位
置の変化が少なくて、各フォトダイオード２１，２２か
らの信号値の変化が小さいときでも、それらの２つの信
号値の比率の変化は十分に大きなものになり、この信号
値の比率に基づいて、受光窓部２の長さ方向におけるレ
ーザ光の受光位置を高精度に検出することができる。

【００４５】また、前記フォトダイオード２１，２２
は、いずれも同じ矩形状とされていて、その長さ向の位
置に拘わらず幅方向の長さが略一定のものなので、水平
レベルにおいて回転投射されるレーザ光の通過位置（受
光位置）が上下方向について変化しても、そのことによ
って各フォトダイオード２１，２２の受光面積が変化す
ることはない。言い換えると、受光位置の変化による信
号値の変化は、調光フィルタ２４の濃度のみに依存する
ものとなり、このことで、簡単な演算により高い位置検
出精度を安定的に確保できる。

【００４６】さらに、前記の受光位置の検出結果は表示
部３に数値で表示されるので、受光器Ｒの基準位置表示
線４１を基準レベルに対して合わせ込む作業が不要にな
り、作業者Ｐは、前記表示部３の表示に従い、スケール
４，４を目安にして、容易かつ正確ににマーキングを行
うことができる。これにより、作業が極めて容易になる
とともに、そのような合わせ込みの際の間違いや誤差が
解消されることによって受光位置の検出精度が向上す
る。そして、そのように高精度に検出した水平レベルに
基づいて、建築物の壁面の高さを極めて高精度に計測す
ることができる。

【００４７】次に、作業者Ｐは、前記計測位置（ａ）よ
りも回転レーザ装置Ｌから離れた別の計測位置（ｂ）に
おいて、前記と同様の計測作業を行う。このときにも、
前記したように容易かつ迅速に、しかも高精度に水平レ
ベルを検出することができ、これにより、建築物の壁面
高さを極めて高精度に計測できる。

【００４８】ところで、前記回転レーザ装置Ｌの回転周
期は通常は略一定なので、前記最初の計測位置（ａ）の
ように回転レーザ装置Ｌまでの距離が短ければ、受光器
Ｒにおけるレーザ光の通過時間は相対的に長くなる。一
方、回転レーザ装置Ｌから遠い計測位置（ｂ）では、そ
の分、レーザ光の通過時間が短くなるので、受光周期が
短くなり、図７において(ａ）及び（ｂ)にそれぞれ示す
ように、フォトダイオード２１，２２からの信号波形の
幅が狭くなって、そのことに伴い、受光量が同じであっ
ても、信号出力は低下することになる。

【００４９】ここで、従来までのように楔形の光電変換
素子を組み合わせた受光器では、本来、検出すべきレー
ザ光の受光位置の変化に伴う信号出力の変化と、前記し
たような回転レーザ装置までの距離の変化に起因する信
号出力の変化とが区別できず、結果的に、光電変換素子
の組からの信号出力を対比することによっては十分な位
置検出精度が得られないことは、既述したとおりであ
る。

【００５０】これに対し、この実施形態の受光器Ｒによ
れば、前記したように、互いに対をなす１組のフォトダ
イオード２１，２２同士が同じ矩形状とされ、その縦方
向の位置に拘わらず互いに同じ横方向の長さを有するも
のとされている。このため、前記図７(ｂ)の如く受光器
Ｒと回転レーザ装置Ｌとの間の距離が長くなったとき
に、１組の各フォトダイオード２１，２２からそれぞれ
出力される信号波形の幅は互いに同じように狭くなり、
これに伴う出力低下の度合いも両方のフォトダイオード
２１，２２ついて同じになる。

【００５１】従って、この実施形態の受光器Ｒでは、回
転レーザ装置Ｌとの間の距離の変化による悪影響が解消
され、その距離の変化に拘わらず、１組のフォトダイオ
ード２１，２２によりレーザ光の受光位置に対応する比
率の信号出力が得られるので、受光位置を極めて高精度
に検出できる。

【００５２】しかも、前記受光器Ｒによれば、回転レー
ザ装置Ｌとの間の距離が変化して、レーザ光の強さが変
化しても、そのことによらず常に適正な範囲の信号出力
が得られるように、信号処理回路８のフィルタアンプ８
２，８２，…のゲインが補正されるので、受光位置検出
精度を一層、高めることができる。

【００５３】（他の実施形態）尚、本発明は前記実施形
態の構成に限定されるものではなく、その他の種々の実
施形態を包含するものである。すなわち、前記実施形態
では、投光装置として、水平レベル内においてレーザ光
を回転投射させる回転レーザ装置Ｌを用いているが、こ
れに限らず、回転レーザ装置Ｌは例えば鉛直面等の任意
に設定した基準面内において、レーザ光を回転投射する
ように設置すればよい。また、回転レーザ装置に限ら
ず、例えば扇状に拡がるようにレーザ光を投光するライ
ンレーザ投光装置を投光装置として用いることもでき
る。

【００５４】また、前記実施形態では、フォトダイオー
ド２１ａ，２１ｂ，…を覆う光量調節手段として、グレ
ースケール印刷による濃淡の調光フィルタ２４を用いて
いるが、これに限らず、例えば、図８に示すような縦縞
の模様の描かれた調光フィルタ２５を用いることもでき
る。この調光フィルタ２５の模様は、レーザ光のビーム
スポットＢに対して十分に細かなものなので、レーザ光
の平均的な透過率は模様の密度に応じて調節されること
になり、このことにより、前記濃淡の調光フィルタ２４
と同様に、フォトダイオード２１，２２に入射するレー
ザ光の光量が確実に調節される。

【００５５】また、前記調光フィルタ２５では、８個の
フォトダイオードに各々対応する各区画において上側か
ら下側に向かってレーザ光の平均的な透過率が徐々に大
きくなる部分２６と、その反対に上側から下側に向かっ
てレーザ光の平均的な透過率が徐々に小さくなる部分２
７とが交互に配置されているが、この配置に限るもので
はない。

【００５６】さらに、調光フィルタの模様は前記のよう
に縦縞の模様に限るものではなく、例えば格子縞や斜線
等、種々のパターンとすることができる。加えて、調光
フィルタとして例えば液晶フィルタを用いることも可能
である。

【００５７】前記実施形態では、光電変換素子としてフ
ォトダイオードを２１，２２，…を用いているが、これ
に限らず、例えば太陽電池パネル等を用いてもよい。ま
た、光電変換素子の組は４組に限らず、縦方向や横方向
に何組配設してもよい。すなわち、前記実施形態では、
受光器Ｒをいわゆる箱尺に適用しているが、これに限ら
ず、例えば電子標尺にも適用できる。この場合、器体１
や受光窓部２は十分に長くする必要があり、そうなれ
ば、光電変換素子の組も位置検出精度に応じて多数設け
るのが好ましい。

【００５８】また、受光器Ｒは、例えば建築物の歪みの
計測、機械の据付作業時における水平及び垂直方向の歪
みの計測、建築物の基礎の勾配の計測等に適用すること
もでき、或いは、ブルドーザ等の土木機械に載置してブ
レードの位置制御の基準レベルを検出するために用いる
ことも可能である。

【００５９】さらに、受光器Ｒを用いて、例えば橋梁等
の大型構造物が振動する際の振幅等を無人で計測するこ
ともでき、或いは、例えば地盤沈下の計測等の長期間に
わたる変位計測を無人で行うことも可能である。

【００６０】

【発明の効果】以上、説明したように、請求項１の発明
における測量用受光器によると、横方向に２個並んだ１
組の光電変換素子のうち、一方の光電変換素子の受光部
を覆って、該受光部へ入射する基準光の受光位置が縦方
向に変化したときに、受光面積は同じであっても受光量
が変化するように透過光量を調節する第１の光量調節手
段を設けたので、受光器と投光装置との間の距離の変化
による悪影響を解消して、基準光の受光位置を高精度に
検出することができる。

【００６１】請求項２の発明によると、第２の光量調節
手段を設けて、基準光の受光位置の変化に伴う受光量の
変化が１組の光電変換素子のそれぞれについて逆向きに
なるようにしたので、各光電変換素子からの信号値の変
化が小さくても、受光位置の検出精度を十分に高めるこ
とができる。

【００６２】請求項３の発明によると、１組の光電変換
素子の受光部を、その縦方向の位置によらず互いに略同
じ横方向の長さを有するものとしたので、受光器と回転
レーザ装置との間の距離の変化に拘わらず、極めて高精
度に受光位置を検出できる。

【００６３】請求項４の発明によると、基準光の透過率
が変化する濃淡のフィルタを用いることで、また、請求
項５の発明によると、模様の密度に応じて基準光の平均
的な透過率が変化するフィルタを用いることで、それぞ
れ、光電変換素子の受光部に入射する基準光の光量を確
実に調節できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る受光器の正面図であ
る。

【図２】調光フィルタの構成を示す部品図である。

【図３】信号処理回路の構成を示すブロック図である。

【図４】位置検出の原理を模式的に示す概念図である。

【図５】受光位置検出のための信号処理演算のフローチ
ャート図である。

【図６】受光器の使用状態を示す説明図である。

【図７】受光器と回転レーザ装置との間の距離が遠くな
ったときの信号出力の変化を互いに対比して示す説明図
である。

【図８】他の実施形態に係る図２相当図である。

【図９】従来例の受光器の光電変換素子とそこからの信
号出力を処理する回路との概略構成を示すブロック図で
ある。

【図１０】従来例についての図７相当図である。

【符号の説明】

Ｌ 回転レーザ装置（投光装置） Ｒ 受光器 １ 器体 ２ 受光窓部 ２１，２２，… フォトダイオード（光電変換素
子） ２４、２５ 調光フィルタ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測量の対象物に取り付けられて、投光装
   置から投射される基準光を少なくとも１組の光電変換素
   子により受光し、該光電変換素子から出力される電気信
   号に基づいて、前記基準光の受光位置を検出するように
   した測量用受光器において、 前記１組の光電変換素子の各受光部は、それぞれ受光位
   置の検出方向である縦方向について所定長さを有し、か
   つ縦方向と直交する横方向に並ぶように配置され、 前記１組の受光部のいずれか一方を覆って、透過する光
   の光量を調節する第１の光量調節手段が設けられ、 前記第１の光量調節手段は、前記受光部において基準光
   の受光位置が縦方向の一側から他側に向かって変化する
   ときに、その受光面積が同じであっても、受光量は増大
   するように透過する光量を調節するものであることを特
   徴とする測量用受光器。
2. 【請求項２】 請求項１において、 １組の受光部の他方を覆って、基準光の受光位置が縦方
   向の一側から他側に向かって変化するときに、その受光
   面積が同じであっても、受光量が減少するように透過す
   る光量を調節する第２の光量調節手段が設けられている
   ことを特徴とする測量用受光器。
3. 【請求項３】 請求項１又は２のいずれかにおいて、 投光装置は、レーザ光を予め設定された基準面内におい
   て回転投射する回転レーザ装置であり、 １組の受光部は、各々その縦方向が前記基準面に略直交
   するように配置され、かつ互いに略同じ横方向の長さを
   有するものであることを特徴とする測量用受光器。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか１つにおいて、 光量調節手段は、受光部の縦方向の一側から他側に向か
   って、基準光の透過率が変化するように濃淡の度合いが
   変更された調光フィルタであることを特徴とする測量用
   受光器。
5. 【請求項５】 請求項１〜３のいずれか１つにおいて、 光量調節手段は、受光部の縦方向の一側から他側に向か
   って、基準光の平均的な透過率が変化するように密度の
   異なる模様が描かれた調光フィルタであることを特徴と
   する測量用受光器。