JP5096925B2 - レベルセンサ - Google Patents

Description

この発明は、レーザ光の受光位置の中心を検出するレベルセンサに関する。
（優先権の主張）
本願は、２００５年１１月２９日に日本国特許庁に出願された特願２００５−３４３３６０号に基づく優先権を主張し、その内容をここに援用する。

従来から、複数の受光素子を上下に並設したレベルセンサが知られている。例えば、特開２００４−３０９４４０号公報を参照されたい。

かかるレベルセンサは、各受光素子から出力される受光信号を複数のアンプでそれぞれ増幅し、各アンプから出力される信号と閾値とを複数のコンパレータでそれぞれ比較し、各コンパレータから出力される比較信号に基づいてレーザビームの中心位置であるレベルを求めるものである。

このようなレベルセンサにあっては、各受光素子にアンプとコンパレータを設けなければならず、このため回路が複雑になり、高価になってしまうという問題があった。

従って、簡単な回路を設けるだけでレーザ光の受光位置を求めることのできるレベルセンサの必要性が求められている。

上記の必要性を達成するために、本発明の第１の特徴は、複数の受光素子が配列され、且つ互いに隣接する受光素子の出力端子がそれぞれ抵抗で接続された受光部と、該受光部に接続され、前記受光部における受光位置を求める演算制御装置とを備えたレベルセンサであって、前記受光部が複数個設けられ、前記各受光部は前記受光素子の配列方向と同じ方向に複数個配置されているとともに、前記複数個の受光部のうち、隣りあう受光部は各端部が互いに重複して配置され、前記演算制御装置は、前記各受光部から出力される信号の比を加重平均することで、前記受光位置を求めることである。

本発明の第２の特徴は、前記受光素子に接続する抵抗の大きさを変更して出力端子の信号比が等しくなる受光位置を変更することで、任意の場所を受光位置検出の基準として前記演算制御装置で受光位置を求めることである。

本発明の第３の特徴は、隣りあう受光部の重複量は、前記受光素子が受光するレーザ光のビーム径の１／２程度に設定されていることである。

本発明の第1実施例に係るレベルセンサの構成を示したブロック図である。 受光素子間のピッチ間隔が異なるように配置した受光素子を示す図である。 本発明の第１実施例に係る演算制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施例に係るレベルセンサの機能を示すフローチャートである。 本発明の第２実施例のレベルセンサの構成を示したブロック図である。 本発明の第２実施例の受光部を示した回路図である。 本発明の第２実施例の受光部から出力される出力信号と受光位置との関係を示した点光源に関するグラフである。 本発明の第２実施例の変形であって、２つの受光部の一部を重ねたものを示した説明図である。 本発明の第２実施例の受光部から出力される出力信号と受光位置との関係を示したグラフであって、ビーム径が大きいときを示すものである。 本発明の第３実施例であって、４つの受光部を有し、その受光部の一部を相互に重ねたものを示した説明図である。

符号の説明

１０ レベルセンサ
１１Ｘ 受光部
ＰＤＸ１〜ＰＤＸｎ 受光センサ
ＲＸ１〜ＲＸｎ 抵抗

以下、この発明のレベルセンサの実施形態である実施例を図面に基づいて説明する。

図１はこの発明にかかるレベルセンサ１０の構成を示したブロック図である。このレベルセンサ１０は、受光部１１Ｘと、この受光部１１Ｘの一方の端子１１ａから出力される受光信号を増幅する第１増幅回路２０Ｘと、第１増幅回路２０Ｘから出力される増幅信号のピーク値をホールドする第１ピークホールド回路１２Ｘと、受光部１１Ｘの他方の端子１１ｂから出力される受光信号を増幅する第２増幅回路４０Ｘと、第２増幅回路４０Ｘから出力される増幅信号のピーク値をホールドする第２ピークホールド回路１３Ｘと、第１，第２ピークホールド回路１２Ｘ，１３Ｘがホールドしたピーク値に基づいて受光部１１Ｘのレーザ光の受光位置を解析して求める演算制御装置（演算制御手段）６０とを備えている。

受光部１１Ｘは、例えばフォトダイオード、ＰＩＮフォトダイオードなどからなる複数の受光素子ＰＤＸ1〜ＰＤＸｎ＋１を上下（垂直方向）に並設し、それぞれの受光素子ＰＤＸ１〜ＰＤＸｎ＋１のアノード間を抵抗ＲＸ１〜ＲＸｎで接続したものである。換言すれば、隣接する受光素子ＰＤＸ1〜ＰＤＸｎ＋１の出力端子を抵抗ＲＸ１〜ＲＸｎでそれぞれ接続したものである。

そして、受光素子ＰＤＸ１のアノードは抵抗ＲＸＨを介して接地され、受光素子ＰＤＸｎ＋１のアノードは抵抗ＲＸＬを介して接地されている。
一般的に、受光素子にはフォトダイオードを用いるが、高速性を要求するのであればＰＩＮ型フォトダイオードを用いるのがよい。

演算制御装置６０は、第１，第２ピークホールド回路１２Ｘ，１３Ｘのピーク値をデジタルに変換するデジタル変換回路部６１と、このデジタル変換回路部６１で変換されたデジタル値に基づいて受光部１１Ｘのレーザ光の受光位置を解析して求める演算解析制御部６２とを有している。
次に、上記のように構成されるレベルセンサ１０の動作について説明する。

先ず、レーザ光が照射される受光部１１Ｘにおける位置である受光位置Ｐの求め方を簡単に説明する。図１に、レーザ光及び受光位置Ｐを示す。

レーザ光が受光素子ＰＤＸ1〜ＰＤＸｎ＋１に照射されると、レーザ光を受光した受光素子に電流Ｉｐが発生する。その電流は抵抗ＲＸＨ，ＲＸＬを流れるので、その抵抗の両端に電圧が生じる。
抵抗ＲＸＨ，ＲＸＬの電圧をＶＸｈ，ＶＸｌとし、抵抗ＲＸＨ＝抵抗ＲＸＬとする。また、受光位置Ｐを効率よく検出するためには、ΣＲ（ＲＸ１〜ＲＸｎの総和）≫ＲＸＨ（ＲＸＬ）とすればよい。受光位置Ｐは、第１の受光素子ＰＤＸ1の中心と第ｎ＋１の受光素子ＰＤＸｎ＋１の中心との中間点からレーザ光が照射される位置までの距離Ｌｐで示される。図１においては、第１の受光素子ＰＤＸ1の中心と第ｎ＋１の受光素子ＰＤＸｎ＋１の中心との中間点を原点位置としており、受光位置Ｐまでの距離Ｌｐは下記の（１）式で求めることができる。

Ｌｐ＝Ｌ／２×（（ＶＸｈ−ＶＸｌ）／（ＶＸｈ＋ＶＸｌ）） …（１）
ただし、Ｌは受光部１１Ｘの長さである。この長さＬは、第１の受光素子ＰＤＸ１の中心と第ｎ＋１の受光素子ＰＤＸｎ＋１の中心との間の長さを示すものである。
次に、受光位置Ｐにおける出力電圧ＶＸｐを求める。受光位置Ｐから見たＲＸＨ、ＲＸＬまでの抵抗値の総和を各々ΣＲＸｈ、ΣＲＸｌとすると、受光位置Ｐにおける見かけの抵抗ＲＸｐは、ΣＲＸｈとΣＲＸｌとの並列接続として求めることができる。即ち、ＲＸｐ＝（ΣＲＸｈ×ΣＲＸｌ）／（ΣＲＸｈ＋ΣＲＸｌ）。従って、受光位置Ｐにおける出力電圧ＶＸｐは、ＶＸｐ＝Ｉｐ×ＲＸｐである。
また、ＶＸｈ及びＶＸｌを求めると、ＶＸｈ＝ＶＸｐ×ＲＸＨ／ΣＲＸｈ、ＶＸｌ＝ＶＸｐ×ＲＸＬ／ΣＲＸｌが得られる。
以下に、これらの値の一例を記載する。
レーザ光としては、その波長が約５００ｎｍ〜１０００ｎｍであるものを使用することができるが、本実施例では、波長が８７０ｎｍのレーザ光を使用している。受光素子の変換利得（放射感度）は、８７０ｎｍのレーザ光に対して０．４７Ａ／Ｗである。レーザ光の放出出力が１ｍＷ／ｍｍ^２のとき、１個の受光素子に発生する電流Ｉｐは、Ｉｐ＝１ｍｍ^２×０．４７Ａ／Ｗ×１ｍＷ／ｍｍ^２＝０．４７ｍＡとなる。
実際に、受光素子としてＰＩＮフォトダイオードを使用し、その受光面積（一般的に、アクティブエリアと呼ぶ）は１ｍｍ×１ｍｍである。あるダイオードと、そのダイオードに隣接するダイオードとの距離であるピッチの長さは、５ｍｍ又はそれ以下であることが必要であるが、本実施例における実装ピッチの長さは３．１ｍｍである。受光素子の個数は２０である（ＰＤＸ１〜ＰＤＸ２０）。その長さＬは実装ピッチの長さと受光素子の個数−１の積から求められるので、Ｌ＝３．１ｍｍ×１９＝５８．９ｍｍである。
ＶＸｈ＝２．８８Ｖ、ＶＸｌ＝２．７２Ｖの場合、式（１）のＬｐを求めるために上記の値を代入すると、Ｌｐ＝３２．２５ｍｍが得られる。また、ＲＸ１＝・・・＝ＲＸ１９＝７．５Ω、ΣＲＸｈ＝１２３．５Ω、ΣＲＸｌ＝１３１Ω、ＲＸｐ＝６３．６Ω、Ｉｐ＝０．１ｍＡ、ＶＸｐ＝６．３６ｍＶの値も得られる。
一方、ある受光素子と隣接する受光素子との間の抵抗は、ＲＸ１からＲＸ１９までからなり、その抵抗値は等しくＲＸ１＝・・・＝ＲＸ１９＝７．５Ωであり、ＰＤＸ１のアノードに接続される抵抗ＲＸＨ及びＰＤＸ２０のアノードに接続される抵抗ＲＸＬは、ＲＸＨ＝ＲＸＬ＝５６Ωである。従って、ΣＲ＝ΣＲＸ１＋・・・＋ＲＸ１９＝１４２．５Ωであるので、この場合、ΣＲ≫ＲＸＨ（ＲＸＬ）は成立しない。

実際に、ΣＲ≫ＲＸＨ（ＲＸＬ）と出来ない場合でも、受光部１１Ｘの終端位置にレーザ光が照射されたときの光量比αを乗じるだけでよく、この値は各抵抗ＲＸ１ないしＲＸｎおよびＲＸＨ，ＲＸＬから容易に算出することができる。
この光量比αは、センサの中心での出力と、センサの一番端にある受光素子の出力との比である出力比から求めることができるが、これらの出力は、抵抗値で示すことができるので、α＝（ΣＲＸｎ＋ＲＸＬ）／（ΣＲＸｎ−ＲＸＨ）で表すことができる。
光量比αを用いて、次式で受光位置Ｐまでの距離Ｌｐを求めることができる。

Ｌｐ＝α×Ｌ／２×（（ＶＸｈ−ＶＸｌ）／（ＶＸｈ＋ＶＸｌ））・・・（１'）
具体的には、ΣＲＸｎ＝１４２．５Ω、ＲＸＬ＝ＲＸＨ＝５６Ωの場合、α＝（１４２．５＋５６）／（１４２．５−５６）＝２．２９４である。

また、この実施例では、受光素子間の間隔を等間隔としているが、実際には等間隔である必要はなく、受光素子間の抵抗の値を調整することによって等間隔にしたのと同じ状態にすることができる。
図２は、受光素子間の間隔であるピッチ間隔が異なるように配置した受光素子を示す図である。最初に、５つの受光素子が隣接する受光素子に対してピッチ間隔Ｌをもって各々配置され、そして隣接する受光素子のアノード間には抵抗値Ｒの抵抗が接続されていたと仮定する。次に、図２に示すように、上方に配置された３つの受光素子間においてそのピッチ間隔Ｌを１.５倍の１.５×Ｌに各々すると、抵抗値Ｒも１．５倍の１.５×Ｒにする必要がある。
具体的には、ピッチ間隔Ｌが３．１ｍｍ、抵抗値Ｒが７．５Ωの場合、ピッチ間隔が１.５倍の４．６５ｍｍになったときは、抵抗値Ｒも１.５倍の１１，２５Ωにする必要がある。
また、受光素子の性能（面積、光電変換量）についても同等のものを使用する必要はない。いずれにしても、電圧ＶＸｈとＶＸｌとの比率により高さ位置Ｌｐを求めることは容易にできる。

図示しない回転レーザ装置から射出されるレーザ光を受光部１１Ｘが受光すると、その受光部１１Ｘの受光位置、すなわちレーザ光を受光する受光素子ＰＤＸがその受光量に応じた電流を流し、この受光素子ＰＤＸの電流とその受光素子ＰＤＸの位置に対応した電圧（ＶＸｈ，ＶＸｌ）の受光信号が端子１１ａ，１１ｂから出力される。

この電圧ＶＸｈ，ＶＸｌが第１，第２増幅回路２０Ｘ，４０Ｘによって増幅される。この第１，第２増幅回路２０Ｘ，４０Ｘにより増幅された受光信号の電圧のピーク値は第１，第２ピークホールド回路１２Ｘ，１３Ｘにホールドされる。

図３は、本発明の第１実施例に係る演算制御装置６０の構成を示すブロック図である。受光部１１Ｘによるレーザ光の検出、電圧への変換、第１増幅器２０Ｘ及び第２増幅器４０Ｘによる電圧増幅、第１ピークホールド回路１２Ｘ及び第２ピークホールド回路１３Ｘによる電圧のピーク値のホールドについてのブロック図については省略する。
演算制御装置６０は、アナログ信号をデジタル信号に変換するデジタル変換回路部６１と、デジタル変換回路部６１に接続された演算解析制御部６２を有する。この演算解析制御部６２は、デジタル変換された信号を受信する入力部であるデジタル信号入力部６３と、入力されるデジタル信号の演算・比較の解析等を制御する演算解析制御部６４と、入力されるデジタル信号を演算し、解析・処理する演算解析処理部６５と、入力されるデジタル信号を比較し、解析・処理する比較解析処理部６６とを有している。
図４は、本発明の第１実施例に係るレベルセンサ１０の機能を示すフローチャートである。図１を参照しながら、図４のフローチャートを説明する。ステップＳ１において、受光部１１Ｘはレーザ光を検出する。抵抗ＲＸＨにより電圧ＶＸｈ、抵抗ＲＸＬにより電圧ＶＸｌが検出される。ステップＳ２において、これらの電圧ＶＸｈ、ＶＸｌは、第１増幅器２０Ｘ及び第２増幅器４０Ｘにより、それぞれ増幅される。そして電圧増幅された信号は、第１ピークホールド回路１２Ｘ及び第２ピークホールド回路１３Ｘにより、電圧のピーク値がそれぞれホールドされる。
ステップＳ３において、これらのアナログ信号は、演算制御装置６０に入力され、デジタル変換回路部６１によってデジタル信号に変換される。ステップＳ４において示すように、これらのデジタル信号は、アナログ信号電圧ＶＸｈ、ＶＸｌに基づくものである。ステップＳ５において、これらのデジタル信号は、演算解析処理部６５に入力され、ステップＳ６に示すように、信号比の演算を始めとして、加減乗除の演算解析をおこなう。ステップＳ７において、比較解析処理部６６は、零位置受光時の信号比と前述の演算処理結果を比較する比較解析処理を行う。
この結果、ステップＳ９において、式（１）又は（１'）に示すように、受光位置Ｐまでの距離が求められる。
なお、演算解析制御部６４は、演算解析処理部６５に接続され、その演算解析を制御し、そして比較解析処理部６６にも接続され、その比較解析を制御する。

上述のように、第１，第２増幅回路２０Ｘ，４０Ｘと第１，第２ピークホールド回路１２Ｘ，１３Ｘとを設けるだけでよく、従来のように各受光素子ＰＤＸ１〜ＰＤＸｎ＋１毎にアンプやコンパレータを設ける必要がないので、その回路構成は簡単なもので済むことになる。
図５は第２実施例の受光部１１１を用いたレベルセンサ１１０の構成を示したブロック図である。

受光部１１１は、受光部１１Ｘと受光部１１Ｙとを結合することから構成されている。受光部１１Ｙは受光部１１Ｘの受光素子ＰＤＸ１〜ＰＤＸｎ＋１の並設方向に沿って配置されている。

図６は、本発明の第２実施例の受光部を示した回路図である。受光部１１Ｘは図１に関する説明で記載しているので、ここではその記載を省略する。受光部１１Ｙは、図６に示すように、受光部１１Ｘと同様にフォトダイオードなどからなる複数の受光素子ＰＤＹ1〜ＰＤＹｎ＋1を上下に並設し、それぞれの受光素子ＰＤＹ１〜ＰＤＹｎ＋１のカソード間を抵抗ＲＹ１〜ＲＹｎで接続したものである。そして、受光素子ＰＤＹ１のカソードは抵抗ＲＹＨを介して接地され、受光素子ＰＤＹｎ＋１のカソードは抵抗ＲＹＬを介して接地されている。

図５において、２０Ｙは受光部１１Ｙの一方の端子１１Ｙａから出力される受光信号を増幅する第３増幅回路、１２Ｙは第３増幅回路２０Ｙから出力される増幅信号のピーク値をホールドする第３ピークホールド回路、４０Ｙは受光部１１Ｙの他方の端子１１Ｙｂから出力される受光信号を増幅する第４増幅回路、１３Ｙは第４増幅回路４０Ｙから出力される増幅信号のピーク値をホールドする第４ピークホールド回路、１６０は第１〜第４ピークホールド回路１２Ｘ，１３Ｘ，１２Ｙ，１４Ｙがホールドしたピーク値に基づいて受光部１１Ｘ，１１Ｙのレーザ光の受光位置を解析して求める演算制御装置である。この演算制御装置１６０は、デジタル変換回路部１６１と、演算解析制御部１６２とを有するが、その演算制御装置１６０の機能は、図１に記載した演算制御装置６０と同様である。従って、その説明は省略する。
次に、上記のように構成される受光部１１１およびレベルセンサ１１０の動作について説明する。

ここで、説明の便宜上、受光部１１Ｘと受光部１１Ｙとの間のギャップはない、そして重複部分もないものとする。

受光部１１Ｘ，１１Ｙはそれぞれ抵抗ＲＸＨ，ＲＸＬ，ＲＹＨ，ＲＹＬを介して接地してあるので、受光部１１Ｘ，１１Ｙに照射されるレーザ光の位置にしたがって、受光部１１Ｘ，１１Ｙの端子１１ａと１１ｂ，１１Ｙａと１１Ｙｂから出力されるＶＸｈとＶＸｌ、ＶＹｈとＶＹｌの信号出力の電圧に差がつく。

これらの信号出力はレーザ光が照射した位置に関係し、その位置に対応して変化する。

レーザ光が理想的な点光源であれば、受光部１１Ｘ，１１Ｙの各端子１１ａ，１１ｂ，１１Ｙａ，１１Ｙｂから出力される電圧ＶＸｈ，ＶＸｌ，ＶＹｈ，ＶＹｌは図７に示すグラフのようになる。

受光部１１Ｘのみに注目し、端子１１ａ，１１ｂの出力電圧ＶＸｈ，ＶＸｌから受光位置Ｐまでの距離Ｌｘを下記の（２）式より求めることができる。

Ｌｘ＝α×Ｌ／２×（ＶＸｈ−ＶＸｌ）／（ＶＸｈ＋ＶＸｌ）…（２）
実施例１で使用した値Ｌ＝５８．９ｍｍ、α＝１．７８６を（２）式に代入すると、
Ｌｘ＝５２．５９７７×（ＶＸｈ−ＶＸｌ）／（ＶＸｈ＋ＶＸｌ）
となる。
受光位置Ｐにおける出力電圧ＶＸｐについては、オームの法則より、電圧と抵抗は比例関係にある。つまり、レーザ光のパワーが変化し、電流が変化しても、ＶＸｈ、ＶＸｌの比率は変化せず、抵抗値のみに依存している。ここでは、分かり易く、受光素子の１個のみにレーザ光が当たっている説明となっているが、レーザ光のビームが大きくなり、複数の受光素子に照射された場合も、この関係は保たれる。即ち、レーザ光のビーム輝度や大きさに依存しないで、受光位置Ｐを算出することが可能である。
また、受光部１１Ｙのみに注目し、端子１１Ｙａ，１１Ｙｂの出力電圧ＶＹｈ，ＶＹｌから受光位置Ｐまでの距離Ｌｙを下記の（３）式より求めることができる。

Ｌｙ＝α×Ｌ／２×（ＶＹｈ−ＶＹｌ）／（ＶＹｈ＋ＶＹｌ）…（３）
ただし、受光部１１Ｘ，１１Ｙの長さをＬとし、その１／２Ｌの位置をレーザ光が通過した場合を０位置（原点位置）とする。
（３）式のＬｙについて、（２）式のＬxの場合と同様に具体的な数値を適用すると、
Ｌｙ＝５２．５９７７×（ＶＹｈ−ＶＹｌ）／（ＶＹｈ＋ＶＹｌ）
となる。
この結果より、レーザ光のビーム輝度や大きさに依存しないで、受光位置Ｐを算出することが可能であることが理解できる。

例えば、受光部１１Ｘと受光部１１Ｙとの間の位置（中間の位置でなくてもよい）を０位置（原点位置）とした場合、受光部１１Ｘにレーザ光が照射されている場合、（１）式の受光位置Ｐまでの距離Ｌｐｘは、
Ｌｐｘ＝（Ｌ／２）＋Ｌｘ …（４）
となる。

受光部１１Ｙにレーザ光が照射されている場合、受光位置Ｐまでの距離Ｌｐｙは、
Ｌｐｙ＝−（Ｌ／２）−Ｌｙ …（５）
となる。
この第２実施例においては、受光部１１Ｘと受光部１１Ｙを結合することによって全体の長さが長くなるので、広範囲に渡って受光位置を検出することができる。但し、精度に関しては、実施例１と同様である。

この第２実施例では、受光部１１Ｘ，１１Ｙ間のギャップがゼロであるが、このギャップがレーザ光のビーム径以内であれば、レーザ光の受光位置を検出することができる。
図８は、本発明の第２実施例の変形であって、２つの受光部の一部を重ねたものを示した説明図である。図８に示すように、受光部１１Ｘ，１１Ｙを左右にずらせるとともに受光部１１Ｘ，１１Ｙの一部が上下方向に対して重複するように配置すれば、受光部１１Ｘ，１１Ｙ間における原点位置の近傍の精度を向上させることができる。
受光部１１Ｘと受光部１１Ｙとが重複する部分の量（重複量）については、レーザ光のビーム径はφ５ｍｍ〜２０ｍｍ程度であるが、重複量はビーム径の１／２程度であることが望ましい。また、ビーム径以上を重複させる必要はない。即ち、５ｍｍのビーム径を最小と考えれば、重複量も５ｍｍでよいこととなる。但し、これ以下であっても、十分な効果は得られる。要は、計測するレーザ光のビーム径の大きさに合わせて、適宜重複量を決定すればよい。

ところで、レーザ光はあるビーム径をもっており、例えば、ビーム径が大きくて１０ｍｍであるとき、実施例２における受光部１１Ｘ，１１Ｙの各端子１１ａ，１１ｂ，１１Ｙａ，１１Ｙｂから出力される電圧ＶＸｈ，ＶＸｌ，ＶＹｈ，ＶＹｌは、受光位置に関して図９に示すグラフのようになる。
図９において、受光位置の原点（０で示す）では、電圧ＶＸｈ、ＶＹｌの値がＰで示され、電圧ＶＸｌ、ＶＹｈの値がＱでそれぞれ示されている。これらの値Ｐ，Ｑは、図７に示すグラフの値と比較すると、小さい値となっているので、値Ｐ，Ｑよりも大きな出力電圧が得られるように改善する必要がある。これは、図８に示すように受光部１１Ｘと受光部１１Ｙとを一部重ね合わせることにより達成される。

ビーム径が小さいとき、例えば５ｍｍ又はそれ以下のとき、には、受光している一方の受光部１１Ｘまたは１１Ｙのどちらかのセンサでレーザを受光しているか否かを求めて、受光しているほうのレベルセンサの受光状態から、受光位置を求める。

ビーム径が大きいとき、例えば５ｍｍ又はそれ以上のとき、には、受光部１１Ｘ，１１Ｙの両方の受光状態から受光位置を求める。この場合、受光部１１Ｘ，１１Ｙから出力される信号の比を加重平均して求める。以下にその求め方を説明する。

受光部１１Ｘ，１１Ｙにレーザ光が照射されている場合、受光位置Ｌｐは、
Ｌｐ＝Ｌｐｘ×（Ｖｘ／Ｖｘｙ）＋Ｌｐｙ×（Ｖｙ／Ｖｘｙ）
＝（Ｌｐｘ×Ｖｘ＋Ｌｐｙ×Ｖｙ）／Ｖｘｙ …（６）
ただし、Ｖｘ＝Ｖｘｈ＋Ｖｘｌ…（７）
Ｖｙ＝Ｖｙｈ＋Ｖｙｌ…（８）
Ｖｘｙ＝Ｖｘｈ＋Ｖｘｌ＋Ｖｙｈ＋Ｖｙｌ…（９）
ここで、受光部１１Ｘにだけレーザ光が照射されていると、Ｖｙ＝０、Ｖｘ＝Ｖｘｙとなることから（６）式により、
Ｌｐ＝（Ｌｐｘ×Ｖｘ＋Ｌｐｙ×０）／Ｖｘ＝Ｌｐｘとなる。

同様に、受光部１１Ｙにだけレーザ光が照射されていると、Ｖｘ＝０、Ｖｘ＝Ｖｘｙとなることから（６）式により、
Ｌｐ＝（Ｌｐｘ×０＋Ｌｐｙ×Ｖｙ）／Ｖｙ＝Ｌｐｙとなる。

これは、受光位置でのレーザ光が点光源でもビーム径を有していてもこれに依存せず、受光位置は（６）式により求めることができることを示している。

ところで、受光部１１Ｘ，１１Ｙの間のギャップの中点は、位置検出上の０位置（原点位置）であり、機械的な０位置と電気的な０位置（電圧がゼロ）であり、その位置が一定であることを意味している。例えば、レーザ光のビームに輝度ムラがあってもその位置が一定であれば、電気的な０位置は変化することがない。このため、ユーザに対してより信頼性の高いレベルセンサを提供することができる。

上述のように、受光部１１Ｘ，１１Ｙの各端子１１ａ，１１ｂ，１１Ｙａ，１１Ｙｂから出力される電圧ＶＸｈ，ＶＸｌ，ＶＹｈ，ＶＹｌは増幅器２０Ｘ，４０Ｘ，２０Ｙ，４０Ｙで増幅され、各増幅器２０Ｘ，４０Ｘ，２０Ｙ，４０Ｙで増幅された電圧のピーク値が第１〜第４ピークホールド回路１２Ｘ，１３Ｘ，１２Ｙ，１４Ｙによりホールドされる。そして、演算制御装置１６０が第１〜第４ピークホールド回路１２Ｘ，１３Ｘ，１２Ｙ，１４Ｙでホールドしたピーク値に基づいて受光部１１Ｘ，１１Ｙのレーザ光の受光位置を（６）式に基づいて求める。

図１０は、本発明の第３実施例であって、４つの受光部を有し、その受光部の一部を相互に重ねたものを示した説明図である。上記の第２実施例では、受光部１１１は２つの受光部１１Ｘ，１１Ｙから構成されているが、図１０に示すように、４つの受光部１１Ｘ，１１Ｙ，１１Ｘａ，１１Ｙａで構成してもよい。この場合、受光部１１Ｘの下方端部と受光部１１Ｙの上方端部とが、受光部１１Ｙの下方端部と受光部１１Ｘａの上方端部とが，受光部１１Ｘａの下方端部と受光部１１Ｙａの下方端部とが、それぞれ重複している。
受光部１１Ｘと受光部１１Ｙとの重複量については前述したが、この重複量は第３実施例にも適用される。即ち、重複量はビーム径の１／２程度であることが望ましい。

一組の回路で構成されるレベルセンサでは、精度を保持するため受光部部分の拡張に限界があるが、複数の受光部を並設することで、精度を保持したまま受光部分を広範囲に、且つ、安価に拡張することができる。

この発明によれば、複数の受光素子の互いに隣接する出力端子をそれぞれ抵抗で接続したものであるから、簡単な回路を設けるだけでレベルを求めることができる。

本発明は、測量分野において、受光したレーザ光の中心位置である受光位置を検出するレベルセンサに適用することができる。

Claims (3)

1. 複数の受光素子が配列され、且つ互いに隣接する受光素子の出力端子がそれぞれ抵抗で接続された受光部と、
   該受光部に接続され、前記受光部における受光位置を求める演算制御装置とを備えたレベルセンサであって、
   前記受光部が複数個設けられ、前記各受光部は前記受光素子の配列方向と同じ方向に複数個配置されているとともに、前記複数個の受光部のうち、隣りあう受光部は各端部が互いに重複して配置され、
   前記演算制御装置は、前記各受光部から出力される信号の比を加重平均することで、前記受光位置を求めることを特徴とするレベルセンサ。
2. 前記受光素子に接続する抵抗の大きさを変更して出力端子の信号比が等しくなる受光位置を変更することで、任意の場所を受光位置検出の基準として前記演算制御装置で受光位置を求めることを特徴とする請求項１に記載のレベルセンサ。
3. 隣りあう受光部の重複量は、前記受光素子が受光するレーザ光のビーム径の１／２程度に設定されていることを特徴とする請求項１に記載のレベルセンサ。

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