JP2006170990A - アクティブ型受光器 - Google Patents

Abstract

【課題】過大な全体誤差を生じかねない条件下での位置決めを回避するアクティブ型受光器を提案する。
【解決手段】アクティブ型の受光器は，複数の光ダイオード（８）を含む光センサ（６）と，評価ユニット（１１）と，基準点（７）に対する光ビーム（１）の誤差を表示するための誤差表示手段（９）とを具える。その評価ユニット（１１）は，リニアレーザ光源（２）のためのパラメータセット（Ｐ）と，検知した光ビーム（１）の光エネルギ（Ｅ）に対応するエネルギ量を決定するためのエネルギ量決定モジュール（１３）と，決定されたエネルギ量に基づいて誤差評価値（Ｆ）を決定するための誤差評価モジュール（１４）とを具える。
【選択図】図１

Description

本発明はアクティブ型受光器に関し，特に，扇形状に展開される光ビームを対象とする受光器に関するものである。

建設工事における位置決め作業では，レーザビームを照射してマーキングを行うことが多い。特に，マーキングを行うべき表面が低反射性であり，又は遠距離に位置する場合や，高精度の位置決めが要求される場合，レーザ装置に設けられている受光器により光ビームを確実に検知し，正確なマーキング又は位置ずれ量の確定を行う必要がある。リニアレーザ光源では，壁面に対してスポット状ではなく，扇形状に展開した光ビームが照射される。最悪の場合には，投影方向における傾斜誤差と，投影方向に対して直角方向における傾斜誤差と，展開した光ビームの直線誤差とが累積されて位置決め精度の総合誤差となる。この総合誤差は，位置決め装置からの距離に比例して増大する。このことは特に重要である。周囲が明るい等の不利な環境下で，最新の位置決め装置及び受光器による位置決めが，１００ｍを超える遠距離についても要求されているからである。周囲が暗い等の有利な環境下では，更に何倍もの距離に亙って光ビームの検知が可能であるが，その半面で全体誤差が過大となる。このような過大な総合誤差を生じる場合に本来意図した位置決めを阻止することは，使用者にとって実用的に有意義である。

汎用のパッシブ型受光器の場合，くさび型レンズやフレネルレンズ等の光学補助手段により，入射する光ビームの位置的なずれ量を適宜のパラメータに変換して表示する。通常のアクティブ型受光器では，光センサにより光ビームを検出し，評価ユニットに接続された表示装置により基準点からの光ビームのずれ量を決定する。

米国特許第３８９４２３０号明細書（特許文献１）に記載されたパルス光ビーム用のアクティブ型受光器は，基準点に対する線に沿って所定間隔で配列した複数の光ダイオードで構成されたパルス制御型の光ダイオードアレイを含む光センサと，評価ユニットと，基準点に対する光ビームのずれ量を数値表示する表示手段とを具えている。
米国特許第３８９４２３０号明細書

欧州特許第４２６２８７号明細書（特許文献２）に記載された光ビーム用のアクティブ型受光器は対として配置された光センサを具える。光ビームの確定的に表示された中間位置は，スポット径及びビーム断面内のエネルギ分布に基づいて決定するものであるが，総合誤差に関する決定は行わない。
欧州特許第４２６２８７号明細書

本発明の課題は，リニアレーザ光源の目的にかなった使用状態でも，過大な総合誤差を生じる場合に位置決め作業を阻止可能とした，光ビーム用のアクティブ型受光器を提案することにある。

この課題を解決するため，本発明は，請求項１に記載したアクティブ型受光器を要旨とするものである。また，本発明の有利な実施形態は，従属請求項に記載したとおりである。

本発明に係るアクティブ型受光器は，基準点に対する線に沿って所定間隔で配置された複数の光ダイオードを含む光センサと，評価ユニットと，基準点に対する光ビームの誤差を表示するための表示手段とを具えている。その評価ユニットは，少なくとも１個のリニアレーザ光源のパラメータセットと，検知した光ビームの光エネルギに対応するエネルギ量を決定するためのエネルギ量決定モジュールと，決定されたエネルギ量に基づいて誤差評価値を決定するための誤差評価モジュールとを具えることを特徴とするものである。

本発明によれば，検知された光エネルギに基づいて誤差評価モジュールにより誤差評価値が求められ，過大な総合誤差を伴う位置決めにつながる旨を使用者に警告することが可能である。

以下，理解を深めるために評価方法について更に説明する。レーザダイオードの楕円形ビーム断面における光強度分布は，物理的な理由から，通常は長軸又は短軸に沿ってガウス分布となる。したがって，リニアレーザ光源内の長軸に沿ってビームスプリッタにより扇形に展開された光ビームも，線エネルギ密度に関して通常は同様の分布を呈する。線エネルギ密度は分割された線端に向けて減少する。更に，扇形に展開された光ビームによりカバーされるセクター領域における線エネルギ密度は，距離に比例して減少する。線エネルギ密度は，遠距離のセクター中心領域のみならず，近距離のセクター縁部においても所定のしきい値を下回る。この依存性は，逆に，総合誤差に対して十分良好な相関性を有するものである。この総合誤差は，本質的要素として，距離に比例する投影方向の傾斜誤差と，投影方向に対して直角方向におけるセクター領域中心部からの角度誤差に比例する傾斜誤差とが累積されたものである。逆検知された線エネルギ密度は，位置決めに際して生じ得る総合誤差にほぼ比例すると共に，過大な総合誤差を生じかねない条件下での使用を阻止するために評価可能となる判断基準となる。対応するリニアレーザ光源に固有のパラメータを適用すると，光ダイオードアレイにより検知された光エネルギに基づいて，線エネルギ密度及び絶対的な誤差評価値を決定することができる。

線エネルギ密度を決定する際，エネルギ量決定モジュールにより，検知した光エネルギから背景ノイズエネルギを差し引いてエネルギ量を決定するのが有利である。この場合には，特に，パルス化されたリニアレーザの場合に干渉抵抗が高まる。

パラメータセットをプログラマブルメモリ領域に保存するのが有利である。この場合には，最終調整等の個別的要件に適合させたプログラミングが可能である。

評価ユニットに，誤差評価値を数値表示するための誤差表示手段を接続するのが有利である。この場合には，使用者が位置決め信頼性の程度を確認することが可能である。

評価ユニットにより誤差評価値を許容誤差値と比較するのが有利である。この場合には，論理的な誤差信号が求められる。

評価ユニットに，誤差信号に対応する出力信号を発生する制御モジュールを設けるのが有利である。この場合には，位置決めが許容されるか否かを使用者が容易に確認することが可能である。

評価ユニットに，誤差信号に基づいて，意図した使用を能動的に阻止可能とする制御モジュールを設けるのが有利である。この場合には，使用されるリニアレーザ光源に対応して適切なパラメータを適用することにより，過大な総合誤差を生じかねない位置決めが回避される。

本来意図した使用を阻止するために，例えば全ての表示手段を作動させたり，交互に表示を行わせる等の態様で，表示を目的外使用状態に対応させて修正するのが有利である。この場合には，受光器を用いた位置決めも不可能となる。修正された機能的表示により，使用者は，過大な測定誤差の可能性があるために使用が能動的に阻止されていることを確認することが可能である。

本来意図した使用を阻止するために，表示手段を非表示モードに切り替え可能とするのが有利である。この場合には，受光器における能動的手段により，位置決めが確定的に不可能となる。

以下，本発明を図示の好適な実施形態について更に具体的に説明する。

図示のとおり，携帯可能とすることのできるアクティブ型受光器３は，パルス化された光ビーム１をリニアレーザ光源２から中心角φのセクターとして平面的に照射する際，その光ビーム１の光路内に配置するものである。光ビーム１は，受光器３を超えて直角方向に照射する。中心角φをもって照射されるセクター内では，線エネルギ密度Ｐがリニアレーザ光源２からの距離Ｘに応じて低下し，セクター中心４に関してガウス状に分布する。受光器３は，ハウジング５内に光センサ６と，ずれ量表示手段９と，数値表示手段１０と，評価ユニット１１とを具える。

評価ユニット１１は，マイクロプロセッサμCにより制御アルゴリズムを実行するものであり，光ダイオード８，ずれ量表示手段９及び誤差表示手段１０と電気的に接続する。評価ユニット１１自体は，プログラム可能なメモリ領域により，レーザ光源２を特徴付けるパラメータセットＰを保存すると共に，エネルギ量決定モジュール１３と，誤差評価モジュール１４と，決定モジュール１５と，制御モジュール１６とを構成する。エネルギ量決定モジュール１３では，線エネルギ密度ｐを決定するために，全ての光ダイオード８で検知した光エネルギＥｉ（但し，ｉ＝１〜５)から背景ノイズエネルギＲを差し引く。誤差評価モジュール１４では，線エネルギ密度ｐと，評価機能ｆを有するパラメータセットＰとに基づいて誤差評価値Ｆを決定する。さらに，決定モジュール１５では，誤差評価値Ｆを許容誤差値Ｇと比較すると共に，評価された誤差が過大である場合に論理的な誤差信号Θを算出する。

図示の状態では，表示状態とされたアクティブな誤差信号Θにより総合誤差が過大であると判断され，ずれ量表示手段９と誤差表示手段１０の全ての発光セグメントが制御モジュール１６により制御されて点滅する。この場合，使用者はずれ量を読み取ることができず，本来意図した位置決めが阻止される。更に，使用者は，信号手段の作用で点滅するずれ量表示手段９及び誤差表示手段１０の発光セグメントにより，過大な総合誤差の生じる可能性のあることを確認することができる。誤差信号Θが非表示状態とされた使用状態（図示せず）では，制御モジュール１６の制御により基準点７に対する光ビーム１の誤差が発光セグメントの発光により定性的に表示され，誤差評価モジュール１４で特定された誤差評価値Ｆが誤差表示手段１０により数値表示される。

図１は，本発明に係るアクティブ型受光器の説明図である。

符号の説明

１ 光ビーム
２ リニアレーザ光源
３ アクティブ型受光器
４ セクター中心
５ ハウジング
６ 光センサ
７ 基準点
８ 光ダイオード
９ ずれ量表示手段
１０ 誤差表示手段
１１ 評価ユニット
１２ メモリ領域
１３ エネルギ量決定モジュール
１４ 誤差評価モジュール
１５ 決定モジュール
１６ 制御モジュール

Claims (9)

1. 基準点（７）に対する線に沿って所定間隔で配列された複数の光ダイオード（８）を含む光センサ（６）と，評価ユニット（１１）と，基準点（７）に対する光ビーム（１）の誤差を表示するための誤差表示手段（９）とを具えるアクティブ型の受光器であって，前記評価ユニット（１１）が，
   少なくとも１個のリニアレーザ光源（２）のパラメータセット（Ｐ）と，
   検知した光ビーム（１）の光エネルギ（Ｅ）に対応するエネルギ量を決定するためのエネルギ量決定モジュール（１３）と，
   決定されたエネルギ量に基づいて誤差評価値（Ｆ）を決定するための誤差評価モジュール（１４）とを具えることを特徴とする受光器。
2. 請求項１記載の受光器において，前記エネルギ量決定モジュール（１３）により，検知した光エネルギ（Ｅ）から背景ノイズエネルギ（Ｒ）を差し引いてエネルギ量を決定することを特徴とする受光器。
3. 請求項１又は２に記載の受光器において，前記パラメータセット（Ｐ）を，プログラマブルメモリ領域（１２）に保存することを特徴とする受光器。
4. 請求項１〜３の何れか一項に記載の受光器において，前記評価ユニット（１１）に，誤差評価値を数値表示するための誤差表示手段（１０）を接続したことを特徴とする受光器。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載の受光器において，前記評価ユニット（１１）により，許容誤差値（Ｇ）と誤差評価値（Ｆ）とを比較して誤差信号（Θ）を出力することを特徴とする受光器。
6. 請求項５記載の受光器において，前記評価ユニット（１１）が，誤差信号（Θ）に対応する出力信号を発生する制御モジュール（１６）を含むことを特徴とする受光器。
7. 請求項５又は６に記載の受光器において，前記評価ユニット（１１）が，誤差信号（Θ）に基づいて，意図した使用を能動的に阻止可能とする制御モジュール（１６）を含むことを特徴とする受光器。
8. 請求項７記載の受光器において，前記制御モジュール（１６）により表示手段（９）を目的外使用状態に対応させて修正することを特徴とする受光器。
9. 請求項７又は８に記載の受光器において，前記制御モジュール（１６）により表示手段（９）を非表示モードに切り替え可能としたことを特徴とする受光器。

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