JP3231152B2 - 光位置検出装置 - Google Patents
光位置検出装置Info
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- JP3231152B2 JP3231152B2 JP20965193A JP20965193A JP3231152B2 JP 3231152 B2 JP3231152 B2 JP 3231152B2 JP 20965193 A JP20965193 A JP 20965193A JP 20965193 A JP20965193 A JP 20965193A JP 3231152 B2 JP3231152 B2 JP 3231152B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、受光素子に入射され
た光ビームの位置を検出する光位置検出装置に係り、各
種方向制御装置に適用して好適である。
た光ビームの位置を検出する光位置検出装置に係り、各
種方向制御装置に適用して好適である。
【０００２】
【従来の技術】掘削機用掘削方向制御装置を始めとする
各種方向制御装置には、光位置検出装置が用いられてい
る。従来の光位置検出装置としては、以下に示すものが
あった。 （１）単一の受光素子に入射された光ビームによってそ
の受光素子に発生する光起電力を利用して光ビームの位
置（以下、光位置という）を検出する（特開平５−５２
５６６号公報参照）。 （２）単一の受光素子に入射された光ビームによってそ
の受光素子に発生する光導電効果を利用して光位置を検
出する。 （３）マトリックス状に配置された複数の受光素子に入
射された光ビームによってその受光素子に発生する光導
電効果を利用して光位置を検出する（特開平５−５２５
６５号公報参照）。 （４）反射板又は透過板に照射された光ビームスポット
像をＣＣＤ（電荷結合素子）等の撮像素子によって撮像
し、得られた画像を処理することにより、光位置を検出
する（特開平５−５９８８４号公報参照）。
各種方向制御装置には、光位置検出装置が用いられてい
る。従来の光位置検出装置としては、以下に示すものが
あった。 （１）単一の受光素子に入射された光ビームによってそ
の受光素子に発生する光起電力を利用して光ビームの位
置（以下、光位置という）を検出する（特開平５−５２
５６６号公報参照）。 （２）単一の受光素子に入射された光ビームによってそ
の受光素子に発生する光導電効果を利用して光位置を検
出する。 （３）マトリックス状に配置された複数の受光素子に入
射された光ビームによってその受光素子に発生する光導
電効果を利用して光位置を検出する（特開平５−５２５
６５号公報参照）。 （４）反射板又は透過板に照射された光ビームスポット
像をＣＣＤ（電荷結合素子）等の撮像素子によって撮像
し、得られた画像を処理することにより、光位置を検出
する（特開平５−５９８８４号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
光位置検出装置においては、いずれの場合も、受光面に
入射される光ビーム径が小さすぎると、光位置検出精度
が低下したり、場合によっては光位置検出ができなくな
ってしまう。したがって、光ビーム径をある程度大きく
して用いる必要がある。以下にその理由を説明する。
受光素子の出力は、一般に、入射される光ビームのパワ
ー密度が所定値以上になると飽和する。そのため、光ビ
ームの出力が一定であっても、光ビーム径を小さくして
いくと、受光素子の出力は飽和し、さらに光ビーム径を
小さくすると、受光素子の出力が低下してしまう。受
光素子の感度は、一般に、受光面全体に亙って均一では
ないため、入射される光ビーム径が小さいほど、感度の
ばらつきによる影響を受けやすい。
光位置検出装置においては、いずれの場合も、受光面に
入射される光ビーム径が小さすぎると、光位置検出精度
が低下したり、場合によっては光位置検出ができなくな
ってしまう。したがって、光ビーム径をある程度大きく
して用いる必要がある。以下にその理由を説明する。
受光素子の出力は、一般に、入射される光ビームのパワ
ー密度が所定値以上になると飽和する。そのため、光ビ
ームの出力が一定であっても、光ビーム径を小さくして
いくと、受光素子の出力は飽和し、さらに光ビーム径を
小さくすると、受光素子の出力が低下してしまう。受
光素子の感度は、一般に、受光面全体に亙って均一では
ないため、入射される光ビーム径が小さいほど、感度の
ばらつきによる影響を受けやすい。
【０００４】上記した（３）の光位置検出装置におい
ては、マトリックス状に配置された複数の受光素子間に
不感帯があるため、光ビーム径を少なくとも不感帯の幅
以上にする必要がある。また、高精度化、高分解能化の
ためには、光ビームが常に複数の受光素子に入射されて
いることが望ましく、そのためには、光ビーム径を各受
光素子の大きさ以上にする必要がある。上記した
（４）の光位置検出装置においては、光ビームスポット
像が小さくなると、画像処理過程において、画像信号
と、それに含まれるノイズ成分との判別が困難となり、
光位置検出ができなくなってしまう。
ては、マトリックス状に配置された複数の受光素子間に
不感帯があるため、光ビーム径を少なくとも不感帯の幅
以上にする必要がある。また、高精度化、高分解能化の
ためには、光ビームが常に複数の受光素子に入射されて
いることが望ましく、そのためには、光ビーム径を各受
光素子の大きさ以上にする必要がある。上記した
（４）の光位置検出装置においては、光ビームスポット
像が小さくなると、画像処理過程において、画像信号
と、それに含まれるノイズ成分との判別が困難となり、
光位置検出ができなくなってしまう。
【０００５】しかしながら、光ビーム径をある程度以上
大きくしてしまうと、以下に示すような不都合がある。
例えば、光ビーム源として、測量等で一般的に用いられ
るレーザセオドライドを用いると仮定する。通常、測量
時には、光ビーム径を最小に絞る必要があり、また、こ
の状態で測量用のスコープ（望遠鏡）の像は合焦する。
このため、光ビーム径をある程度以上大きくするという
ことは、スコープの像がぼやけることを意味し、目視に
よる光ビームスポット像の確認も難しくなる。その結
果、光位置検出結果の信頼性が低下してしまう。
大きくしてしまうと、以下に示すような不都合がある。
例えば、光ビーム源として、測量等で一般的に用いられ
るレーザセオドライドを用いると仮定する。通常、測量
時には、光ビーム径を最小に絞る必要があり、また、こ
の状態で測量用のスコープ（望遠鏡）の像は合焦する。
このため、光ビーム径をある程度以上大きくするという
ことは、スコープの像がぼやけることを意味し、目視に
よる光ビームスポット像の確認も難しくなる。その結
果、光位置検出結果の信頼性が低下してしまう。
【０００６】この発明は、上述の事情に鑑みてなされた
もので、光ビーム径が小さい場合でも、正確に安定した
光位置検出ができる光位置検出装置を提供することを目
的としている。
もので、光ビーム径が小さい場合でも、正確に安定した
光位置検出ができる光位置検出装置を提供することを目
的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】 上記課題を解決するため
に、この発明の光位置検出装置は、受光素子又はターゲ
ットに入射された光ビームの位置を検出する光位置検出
装置において、上記受光素子又はターゲットの上記光ビ
ームの入射側に、上記受光素子又はターゲットに入射さ
れる上記光ビームの径を拡大する光拡散部材を設け、 上
記光拡散部材の上記光ビームの入射方向の厚さは、上記
受光素子又はターゲットに入射される上記光ビームの最
小径と、上記受光素子又はターゲットの有効最小光ビー
ムスポット径と、上記光拡散部材内における上記光ビー
ムの拡散角とによって決定されることを特徴としてい
る。
に、この発明の光位置検出装置は、受光素子又はターゲ
ットに入射された光ビームの位置を検出する光位置検出
装置において、上記受光素子又はターゲットの上記光ビ
ームの入射側に、上記受光素子又はターゲットに入射さ
れる上記光ビームの径を拡大する光拡散部材を設け、 上
記光拡散部材の上記光ビームの入射方向の厚さは、上記
受光素子又はターゲットに入射される上記光ビームの最
小径と、上記受光素子又はターゲットの有効最小光ビー
ムスポット径と、上記光拡散部材内における上記光ビー
ムの拡散角とによって決定されることを特徴としてい
る。
【０００８】
【作用】この発明の構成によれば、光ビーム径が光拡散
部材によって拡大された後、受光素子又はターゲットに
入射されるので、光位置検出装置は、径が拡大された光
ビームの位置を検出する。
部材によって拡大された後、受光素子又はターゲットに
入射されるので、光位置検出装置は、径が拡大された光
ビームの位置を検出する。
【０００９】
【実施例】以下、図面を参照して、この発明の実施例に
ついて説明する。図１は、この発明の実施例である光位
置検出装置に用いられる光位置検出器の構成を示す断面
図である。この光位置検出器は、入射された光ビームに
よって発生する光起電力を利用して光位置を検出するも
のであり、受光部１は、例えば、アモルファス太陽電池
型受光センサによって構成されている。また、受光部１
は、表面のＰ層１ａと、裏面のＮ層１ｂと、中間にある
Ｉ層１ｃとの３層から構成されており、Ｐ層１ａの表面
には、均一の抵抗を得るために、ＳｎＯ2 等の導電性の
ある材料からなる透明電極２が形成されている。一方、
Ｎ層１ｂの裏面には、保護コート３が施されている。ま
た、透明電極２の表面には、ガラス４が設けられてい
る。このガラス４の表面には、微細な凹凸加工が施され
ており、この部分が光拡散部４ａを構成している。光拡
散部４ａと受光部１のＰ層１ａの表面（受光面）との距
離は、ｄである。
ついて説明する。図１は、この発明の実施例である光位
置検出装置に用いられる光位置検出器の構成を示す断面
図である。この光位置検出器は、入射された光ビームに
よって発生する光起電力を利用して光位置を検出するも
のであり、受光部１は、例えば、アモルファス太陽電池
型受光センサによって構成されている。また、受光部１
は、表面のＰ層１ａと、裏面のＮ層１ｂと、中間にある
Ｉ層１ｃとの３層から構成されており、Ｐ層１ａの表面
には、均一の抵抗を得るために、ＳｎＯ2 等の導電性の
ある材料からなる透明電極２が形成されている。一方、
Ｎ層１ｂの裏面には、保護コート３が施されている。ま
た、透明電極２の表面には、ガラス４が設けられてい
る。このガラス４の表面には、微細な凹凸加工が施され
ており、この部分が光拡散部４ａを構成している。光拡
散部４ａと受光部１のＰ層１ａの表面（受光面）との距
離は、ｄである。
【００１０】 このような構成によれば、この光位置検出
器に図１中右方向から入射された光ビームは、図２に示
すように、光拡散部４ａにおいて拡散角θで拡散されつ
つ、ガラス４内を伝搬され、受光素子１の受光面に到達
する。ここで、図３に示すように、図示せぬ光ビーム源
から放射される光ビームの光ビーム径（以下、入射光ビ
ーム径という）をＬ、受光素子１の受光面における光ビ
ームスポット径をＬａとすると、Ｌａは（１）式で表さ
れる。 Ｌａ＝Ｌ＋２ｄ×ｔａｎθ・・・（１）
器に図１中右方向から入射された光ビームは、図２に示
すように、光拡散部４ａにおいて拡散角θで拡散されつ
つ、ガラス４内を伝搬され、受光素子１の受光面に到達
する。ここで、図３に示すように、図示せぬ光ビーム源
から放射される光ビームの光ビーム径（以下、入射光ビ
ーム径という）をＬ、受光素子１の受光面における光ビ
ームスポット径をＬａとすると、Ｌａは（１）式で表さ
れる。 Ｌａ＝Ｌ＋２ｄ×ｔａｎθ・・・（１）
【００１１】 また、受光素子１の適用最小光ビーム径を
Ｌmin とすると、受光面における光ビームスポット径
は、（２）式を満足すれば良い。 Ｌａ≧Ｌmin ・・・（２）すなわち、光拡散部４ａと受
光部１の受光面との距離ｄは、（３）式を満足するよう
に設計すれば良いことになる。 ｄ≧（Ｌmin −Ｌ）／（２ｔａｎθ）・・・（３）
Ｌmin とすると、受光面における光ビームスポット径
は、（２）式を満足すれば良い。 Ｌａ≧Ｌmin ・・・（２）すなわち、光拡散部４ａと受
光部１の受光面との距離ｄは、（３）式を満足するよう
に設計すれば良いことになる。 ｄ≧（Ｌmin −Ｌ）／（２ｔａｎθ）・・・（３）
【００１２】 さらに、（３）式において、入射光ビーム
径Ｌがほぼ０に等しいとすれば、（４）式が得られる。 ｄ≧Ｌmin ／（２ｔａｎθ）・・・（４）すなわち、こ
の例の構成によれば、入射光ビーム径Ｌの大きさに関わ
らず、安定した光位置検出を行うことができる。また、
光拡散部４ａは、光ビームがその入射面から正反射する
のを防止するので、光ビーム入射側から光位置検出器上
の光ビームを観測する観測者の目を保護することもでき
る。
径Ｌがほぼ０に等しいとすれば、（４）式が得られる。 ｄ≧Ｌmin ／（２ｔａｎθ）・・・（４）すなわち、こ
の例の構成によれば、入射光ビーム径Ｌの大きさに関わ
らず、安定した光位置検出を行うことができる。また、
光拡散部４ａは、光ビームがその入射面から正反射する
のを防止するので、光ビーム入射側から光位置検出器上
の光ビームを観測する観測者の目を保護することもでき
る。
【００１３】 以上、この発明の実施例を図面を参照して
詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られる
ものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計
の変更等があってもこの発明に含まれる。例えば、上述
の実施例においては、光位置検出器として、入射された
光ビームによって発生する光起電力を利用して光位置を
検出するものを用いた例を示したが、これに限定され
ず、入射された光ビームによって発生する光導電効果を
利用して光位置を検出する、単一の受光素子や、マトリ
ックス状に配置された複数の受光素子を用いても良い。
詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られる
ものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計
の変更等があってもこの発明に含まれる。例えば、上述
の実施例においては、光位置検出器として、入射された
光ビームによって発生する光起電力を利用して光位置を
検出するものを用いた例を示したが、これに限定され
ず、入射された光ビームによって発生する光導電効果を
利用して光位置を検出する、単一の受光素子や、マトリ
ックス状に配置された複数の受光素子を用いても良い。
【００１４】 また、上述の実施例において、透明電極２
の表面に、図４に示すように、遮光性のマークや目盛り
等（以下、単に、マークという）１２を設けても良い。
このマーク１２は、例えば、第１実施例の場合、図５
（ａ）に示すように、受光素子１を枠体１３に取り付け
ると共に、ガラス４の裏面４ｂ側に透明な接着剤１４に
よってマーク１２を貼付し、そのガラス４を枠体１３に
接着する。図５（ｂ）は、ガラス４のａの部分の拡大断
面図である。
の表面に、図４に示すように、遮光性のマークや目盛り
等（以下、単に、マークという）１２を設けても良い。
このマーク１２は、例えば、第１実施例の場合、図５
（ａ）に示すように、受光素子１を枠体１３に取り付け
ると共に、ガラス４の裏面４ｂ側に透明な接着剤１４に
よってマーク１２を貼付し、そのガラス４を枠体１３に
接着する。図５（ｂ）は、ガラス４のａの部分の拡大断
面図である。
【００１５】 このように構成すれば、目視によっても光
位置を確認することができる。この場合、マーク１２
が、光ビームが受光素子１等に入射されるのを遮ること
になるので、従来のように光ビーム径が小さい場合に
は、その影響を無視できない。特に、光ビーム径がマー
ク１２の幅より小さい場合には、受光素子１等には光ビ
ームが全く入射されないことになる。しかしながら、こ
の発明によれば、光拡散部４ａ等によって受光素子１等
に入射される光ビーム径を拡大しているので、そのよう
な問題は発生しない。なお、マーク１２は、遮光性を有
していなくても良い。さらに、上述の実施例において
は、光拡散部としてガラスの表面に微細な凹凸加工を施
した例を示したが、これに限定されず、例えば、ガラス
等の透明な部材の表面近傍、あるいは全体に屈折率の異
なる拡散粒子を混入させても良い。要するに、入射光ビ
ーム径を拡大できれば良い。
位置を確認することができる。この場合、マーク１２
が、光ビームが受光素子１等に入射されるのを遮ること
になるので、従来のように光ビーム径が小さい場合に
は、その影響を無視できない。特に、光ビーム径がマー
ク１２の幅より小さい場合には、受光素子１等には光ビ
ームが全く入射されないことになる。しかしながら、こ
の発明によれば、光拡散部４ａ等によって受光素子１等
に入射される光ビーム径を拡大しているので、そのよう
な問題は発生しない。なお、マーク１２は、遮光性を有
していなくても良い。さらに、上述の実施例において
は、光拡散部としてガラスの表面に微細な凹凸加工を施
した例を示したが、これに限定されず、例えば、ガラス
等の透明な部材の表面近傍、あるいは全体に屈折率の異
なる拡散粒子を混入させても良い。要するに、入射光ビ
ーム径を拡大できれば良い。
【００１６】
【発明の効果】以上説明したように、この発明の光位置
検出装置によれば、光ビーム径が小さい場合でも、正確
に安定した光位置検出ができる。また、光拡散部材は、
光ビームがその入射面から正反射するのを防止するの
で、光ビーム入射側から光位置検出装置やターゲット上
の光ビームを観測する観測者の目を保護することもでき
る。
検出装置によれば、光ビーム径が小さい場合でも、正確
に安定した光位置検出ができる。また、光拡散部材は、
光ビームがその入射面から正反射するのを防止するの
で、光ビーム入射側から光位置検出装置やターゲット上
の光ビームを観測する観測者の目を保護することもでき
る。
【図１】この発明の第１実施例である光位置検出装置に
用いられる光検出器の構成を示す断面図である。
用いられる光検出器の構成を示す断面図である。
【図２】光拡散部における光ビームの拡散例を説明する
ための図である。
ための図である。
【図３】入射光ビーム径と光ビームスポット径との関係
を説明するための図である。
を説明するための図である。
【図４】 受光面にマークを設ける場合の一例を示す断面
図である。
図である。
【図５】 受光面にマークを設ける場合の一例を示す説明
図であり、ａはその斜視図、ｂはその拡大断面図であ
る。
図であり、ａはその斜視図、ｂはその拡大断面図であ
る。
１ 受光素子４ ガラス（光拡散部材）４ａ 光拡散部
Claims (1)
- 【請求項１】 受光素子又はターゲットに入射された光
ビームの位置を検出する光位置検出装置において、前記
受光素子又はターゲットの前記光ビームの入射側に、前
記受光素子又はターゲットに入射される前記光ビームの
径を拡大する光拡散部材を設け、前記光拡散部材の前記
光ビームの入射方向の厚さは、前記受光素子又はターゲ
ットに入射される前記光ビームの最小径と、前記受光素
子又はターゲットの有効最小光ビームスポット径と、前
記光拡散部材内における前記光ビームの拡散角とによっ
て決定されることを特徴とする光位置検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20965193A JP3231152B2 (ja) | 1993-08-24 | 1993-08-24 | 光位置検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20965193A JP3231152B2 (ja) | 1993-08-24 | 1993-08-24 | 光位置検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0763512A JPH0763512A (ja) | 1995-03-10 |
| JP3231152B2 true JP3231152B2 (ja) | 2001-11-19 |
Family
ID=16576339
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20965193A Expired - Fee Related JP3231152B2 (ja) | 1993-08-24 | 1993-08-24 | 光位置検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3231152B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002328006A (ja) * | 2001-05-07 | 2002-11-15 | Tokimec Jido Kenki:Kk | 位置検出装置 |
| JP4765292B2 (ja) * | 2004-01-06 | 2011-09-07 | コニカミノルタエムジー株式会社 | 放射線画像読取方法及び放射線画像読取装置並びに輝尽性蛍光体プレート |
| JP2006023371A (ja) * | 2004-07-06 | 2006-01-26 | Olympus Corp | 走査型レーザ顕微鏡及び受光素子 |
| JP2012247259A (ja) * | 2011-05-26 | 2012-12-13 | Meiji Consultant Kk | 地盤変位測定機構を用いた警報発生装置 |
| JP6597150B2 (ja) | 2015-10-09 | 2019-10-30 | 富士通株式会社 | 距離測定装置、距離測定方法、距離測定プログラムおよびテーブルの作成方法 |
| JP2017122673A (ja) | 2016-01-08 | 2017-07-13 | 富士通株式会社 | レーザ距離測定装置、測定方法及び測定プログラム |
| JP6879337B2 (ja) * | 2019-07-05 | 2021-06-02 | 富士通株式会社 | 距離測定装置、距離測定方法、距離測定プログラムおよびテーブルの作成方法 |
-
1993
- 1993-08-24 JP JP20965193A patent/JP3231152B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0763512A (ja) | 1995-03-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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