JP3129015U - レーザ墨出し器用受光器 - Google Patents

Abstract

【課題】 拡散光であるレーザ光を用いたレーザ墨田し器において、所定の距離以上の遠方の目標物にレーザ光を投射することでライン光の幅が広くなった場合、またはライン光のパワーが弱くなった場合であっても、ライン光の位置を精度良く検出することができるレーザ墨出し器の受光器を得る
【解決手段】 レーザ墨出し器から放射されるライン光を受光して受光位置を検出するレーザ墨出し器用受光器であって、ライン光の重心位置を複数のＰＤを用いることで検出し、精度よく墨出し作業を行なうことができるレーザ墨出し器用受光器による。
【選択図】図３

Description

本考案は、建築現場などにおいて墨出し作業のために垂直や水平のライン光を投射するレーザ墨出し器とともに用いられる受光器に関するものである。

投射対象（例えば壁面）の定められた位置にライン光を投射するレーザ墨出し器は、光源として半導体レーザを用いている。半導体レーザは拡散光束であるのでライン光として放射するために、レーザ光源から発したレーザ光をコリメートレンズで平行光束にし、この平行光束を円柱形のロッドレンズにその中心軸線に対して直角方向から入射し、これによってロッドレンズの中心軸線に対して直角方向のみから拡散さるライン光として墨出し器本体から放射する。このライン光が投射されるべき位置に、基準位置を合わせて受光器を設置し、ライン光の受光位置が所定の基準位置にあること、基準位置からずれていること及びずれている方向を判別して、ライン光が基準位置に合うように墨出し器本体に例えば無線で制御信号を送る受光器が知られている。

上記受光器は、ライン光を検出する受光部にフォトダイオード（以下「ＰＤ」という）を用いるものが一般的である。ＰＤは、光源（墨田出し器本体）から発したライン光を受光部で検知し、検知したライン光の強度に応じて電気信号に変換する素子である。従ってＰＤの出力を検知することでライン光の入射有無を判断することができる。このような受光器の受光面を、ライン光を投射したい基準位置に合うように調整して、設置することで墨出し作業に用いることができる

上記のような受光器に関する考案はいくつか知られている。受光器に用いるＰＤは入射光の波長によって出力する電流値が変化する特性を有しているので、ライン光に用いるレーザ光の波長をよりよく検知する特性を有するＰＤを用いることでライン光の検出を行うことができる。また、ライン光の投射位置を精密に検出して制御するために、複数のＰＤを用いた受光器が知られている。

ＰＤを上下、或いは左右に２つ並べて配置したものを受光部として、片側のＰＤのみがライン光を検出しているか否か、両方のＰＤが均等にライン光を検出しているか否かを判断することによって受光面上のライン光の入射位置を精密に検出することができるようになる。また、ＰＤ上に１から２ｍｍの幅を有するスリットを設けて、このスリットをライン光が通過して、ＰＤによって検出することによってライン光の位置を判断するものが知られている（例えば「特許文献１」参照）。

特開２００１−２１９８４４号公報

しかしながら、上記特許文献１記載の考案を用いてライン光の検出を精度良く行なうには、解決すべき課題がある。ライン光に用いるレーザ光は、上記にて説明したとおりに拡散光である。通常、墨出し器から約５メートルの距離において、線幅が最も細くなるように調整されている。従って、投射位置が墨出し器本体から遠くの位置に設定されると、ライン光の幅は広がってしまい、精度良く位置検出を行なうことが困難になる。また、ライン光は距離に従って光量（パワー）が弱くなるので、投射位置が遠くなると検出が困難となる。

本考案は、上記課題を鑑みてなされたもので、ライン光が拡散して幅が広くなった場合であっても、ライン光のパワーが弱くなった場合であっても、ライン光の位置を精度良く検出することができるレーザ墨出し器の受光器を提供することを目的とする。

本考案は、レーザ墨出し器から放射されるライン光を受光して受光位置を検出するレーザ墨出し器用受光器であって、ライン光の光量の重心位置を受光位置として検出する受光素子を有することを主な特徴とする。

また、本考案は、上記レーザ墨出し器用受光器において、ライン光が受光素子の基準位置にあるとき、その旨を表示する表示部を有することを特徴とする。

本考案によれば、墨出し器に用いるライン光の幅や光量が変化しても、それに影響を受けることがなく、ライン光の位置を高精度に検出することができる受光器を得ることができる。

以下、本考案にかかるレーザ墨出し器用受光器の実施形態について、図を用いて説明する。
図１は、受光器の外観図である。図１において、四角形の箱形の受光器本体１０は、後述する受光素子を内部に有する受光部１を有している。符号Ｃは受光部１の中心を示す仮想的な基準線を示す。この基準線をライン光の投射位置に合わせるように、受光器を設置して墨出し作業に用いる。受光部１に配置されている受光素子は、後で詳細に説明する半導体位置検出素子（ＰＳＤ）で、この検出素子を用いたことが本考案の特徴となっている。

受光器本体１０の正面にはＬＥＤ２、３、４が上から下に向かってこの順に配置されている。ＬＥＤ２はライン光が基準線Ｃから上方向にずれていることを表示する。ＬＥＤ３はライン光が受光素子の中心位置にあることを表示する。ＬＥＤ４は、ライン光が基準線Ｃから下方向にずれていることを表示する。このＬＥＤ２，４はライン光が基準線Ｃから上または下にずれているときに単に発光するだけでなく、例えば、ずれが大きい時は長い時間間隔で間欠的に発光し、ずれが小さくなって基準線Ｃにライン光が近づくに従って間欠的な発行時間間隔が短くなるようにするとよい。また、符号５は受光器の動作を開始するための電源スイッチを示している。

図２は上記受光器本体１０の内部に用いる受光器基板の従来例を示す概略図である。図２において、受光器基板２０は、受光部１に受光素子として長方形のＰＤ１１、ＰＤ１２を有していて、このＰＤ１１、ＰＤ１２が水平方向の基準線Ｃを境界として上下に配置されている。また、上記受光器本体１０に備えるＬＥＤ２、３、４、電源スイッチ５に対応するそれぞれの素子ないし部品を備えている。ＬＥＤ２、３、４及び電源スイッチ５の機能は既に説明したとおりである。

受光部１を構成するＰＤ１１、ＰＤ１２の受光面に水平方向のライン光が投射されて、それぞれのＰＤがライン光を検知すると、図示しない出力端子から受光したライン光の強度に比例する電流を出力する。ＰＤ１１、ＰＤ１２から出力された電流を図示しない判断部によって所定の処理を行い、ライン光が基準線Ｃに対して上下方向のいずれに偏っているか否かの判断をすることができる。基準線Ｃにライン光が合致するとＰＤ１１、ＰＤ１２それぞれの出力は同じになるが、ＰＤ１１の出力が大きくＰＤ１２の出力が小さい場合には、ライン光がＰＤ１１側に、即ち基準線Ｃよりも上方向に入射していることになる。これとは逆にＰＤ１の出力が小さくＰＤ２の出力が大きい場合には、ライン光が基準線Ｃよりも下方向にずれて入射していることになる。

このように、複数のＰＤを用いることで、ライン光の投射位置を検出することが可能であるが、ＰＤは入射する光の強度に応じて電流を出力する働きをするため、必ず複数のＰＤが必要となる。

次に本考案に係る受光器本体１０の内部に用いる受光器基板の例を示す。図３において、受光器基板３０は、既に説明した受光器基板２０における受光素子に半導体位置検出素子（Position Sensitive Detector（以下「ＰＳＤ」という）を用いたものである。

ＰＳＤは、受光面に光スポットを与えると電荷を発生し、発生した電荷を両端に備えた電極から取り出す構造を有している。この電極から取り出した電荷量すなわち電流値を用いて所定の計算をおこなうと、受光面における光スポットの位置を得ることができる。

図４に、ＰＳＤ１５の概略図を示す。ＰＳＤは高抵抗半導体基板の片面または両面に均一な抵抗層が形成されており、この抵抗層の両端に電流取り出し用の一対の電極が設けられたものである。受光面１ａは抵抗層であると同時にＰＮ結合をも形成しているので、受光面１ａに入射光ｈがあたると光起電力効果によって光電流Ｉを生成する。

図４はＰＳＤ１５の上側からライン光が投射されている状態を示している。ＰＳＤ１５には、受光面１ａ、受光面１ａの両端部に出力電極Ｘ１とＸ２、受光面１ａの反対側に共通電極Ｘ３を有している。ＰＳＤは受光面１ａに光束が入射すると入射位置には光量に比例した電荷が発し、この電荷が光電流Ｉとして抵抗層である受光面１ａを通じて電極Ｘ１、Ｘ２までの距離に逆比例して分割され出力される。従って、出力電極Ｘ１、Ｘ２から主出力される電流の差もしくは比を求めることによって、入射光ｈが受光面１ａにあたっている位置を計算によって求めることができる。

例えば、出力電極Ｘ１の出力電流をＩ_Ｘ１、出力電極Ｘ２の出力電流Ｉ_Ｘ２、受光面１ａの長さＬ_Ｘ、ＰＳＤ１５の電気的中心から入射光ｈが受光面１ａに当たっている位置までの距離をＸ_Ａ、出力電極Ｘ１から入射光ｈが受光面１ａに当たっている位置までの距離をＸ_Ｂ
とし、ＰＳＤ１５の中心を原点とすると、入射光ｈが受光面１ａに当たる位置と出力電極Ｘ１の出力電流Ｉ_Ｘ１、出力電極Ｘ２の出力電流Ｉ_Ｘ２の関係は（Ｉ_Ｘ２−Ｉ_Ｘ１）／（Ｉ_Ｘ２＋Ｉ_Ｘ１）＝２Ｘ_Ａ／Ｌ_Ｘ、または、Ｉ_Ｘ１／Ｉ_Ｘ２＝（Ｌ_Ｘ―２Ｘ_Ａ）／（Ｌ_Ｘ＋２Ｘ_Ａ）によって表すことができるので、Ｉ_Ｘ１とＩ_Ｘ２の差または比によって入射位置を求めることができ、入射するライン光の光強度及び幅などに左右されることなく、これらとは無関係に、ライン光の光量の重心位置を入射位置として求めることができる。

従って、ＰＳＤ１５の中心を基準線Ｃ（図３参照）に合わせて受光基板３０上に配置することで、１つの受光素子によってもライン光の入射位置を精度よく検知することが可能となる。

より具体的に説明すると、入射光ｈの入射位置がＰＳＤ１５の出力電極Ｘ１側に偏っているときのＰＳＤ１５の検出出力で前記ＬＥＤ２が発光するようにし、入射光ｈの入射位置が、ＰＳＤ１５の出力電極Ｘ２側に偏っているときの検出出力で前記ＬＥＤ４が発光するようにする。また、入射光ｈの入射位置が共通電極Ｘ３の位置と一致する基準線Ｃ上に有るときはＰＳＤ１２の出力電極Ｘ１、Ｘ２の出力電流差が無いことによって前記ＬＥＤ３が発光するようにする。

こうすることによって、墨出し器のユーザは、受光器のＬＥＤ２、３、４を観察しながら、ＬＥＤ３が発光するように、受光器の位置を調整し、又は墨出し器の姿勢を調整することができる。あるいは、ＰＳＤ１５による入射光ｈの受光位置信号を無線又は有線で墨出し器に送信し、墨出し器側では上記入射光ｈがＰＳＤ１５の基準線Ｃに合致するまで墨出し器の姿勢を自動制御するようにしてもよい。

以上の説明は、墨出し器から水平ライン光が放射されてこれを受光器側で受光する場合であったが、受光器を同一平面上において９０度回転させることにより、基準線Ｃの向きを垂直方向とし、ＰＳＤ１５の前述の位置検出原理により、墨出し器から放射される垂直ライン光の位置を検出するようにすることもできる。

本考案に係るレーザ墨出し器の受光器によれば、ライン光の光量の重心位置を入射位置として検知することができるので、墨出し器本体から遠い投射位置であってライン光が拡散し、パワーが弱くなっても、より精度の高い位置検出をおこなうことができる。

本考案にかかるレーザ墨出し器用受光器の外観を示す正面図である。 従来のレーザ墨出し器用受光器に用いられている受光器基板の例を示す正面図である。 本考案にかかるレーザ墨出し器用受光器に用いられている受光器基板の例を示す正面図である。 本考案にかかるレーザ墨出し器用受光器に用いる受光素子の断面構造を示す図である。

符号の説明

１ 受光部
１０ 受光器本体
１１ ＰＤ
１２ ＰＤ
１５ ＰＳＤ

Claims (3)

1. レーザ墨出し器から放射されるライン光を受光して受光位置を検出するレーザ墨出し器用受光器であって、
   ライン光の光量の重心位置を受光位置として検出する受光素子を有することを特徴とするレーザ墨出し器用受光器。
2. 上記受光素子が位置検出半導体であることを特徴とする請求項１記載のレーザ墨出し器用受光器。
3. ライン光が受光素子の基準位置にあるとき、その旨を表示する表示部を有する請求項１もしくは２に記載のレーザ墨出し器用受光器。

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