(57)【要約】【課題】低コストである小面積の受光素子を用いて微弱なラインレーザ光の照射位置を正確に検出することのできるレーザ受光器を提供する。【解決手段】ラインレーザ光を受光し、受光した光量に比例した電流を発生するフォトダイオード１１ａ、１１ｂと、前記フォトダイオード１１ａ、１１ｂに夫々並列接続された可変抵抗１７ａ、１７ｂと、前記フォトダイオード１１ａ、１１ｂが受光した光量に応じて前記可変抵抗１７ａ、１７ｂの値を制御する抵抗制御部１６とを備え、前記抵抗制御部１６が前記可変抵抗１７ａ、１７ｂの値を制御することにより、前記フォトダイオード１１ａ、１１ｂが発生した電流の出力レベルを制御する。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平あるいは垂直に投光されるラインレーザ光を受光し、前記ラインレーザ光の照射位置を検出するレーザ受光器であって、
前記ラインレーザ光を受光し、受光した光量に比例した電流を発生する第１および第２の受光素子と、前記第１および第２の受光素子に夫々並列接続された可変抵抗と、前記第１および第２の受光素子が受光した光量に応じて前記可変抵抗の値を制御する可変抵抗制御手段とを備え、
前記可変抵抗制御手段が前記可変抵抗の値を制御することにより、前記受光素子が発生した電流の出力レベルを制御することを特徴とするレーザ受光器。
【請求項２】
前記第１および第２の受光素子が発生した電流を変換処理し、夫々直流電圧信号を出力する第１および第２の処理回路と、前記第１および第２の処理回路から出力された直流電圧信号を比較演算する比較演算手段とをさらに備え、
前記比較演算手段による演算の結果、比較した２つの直流電圧信号の値が等しい場合において、該比較演算手段は、受光面における前記ラインレーザ光の幅方向の中点を検出判定することを特徴とする請求項１に記載されたレーザ受光器。
【請求項３】
前記可変抵抗制御手段は、前記第１および第２の処理回路が出力した直流電圧を夫々閾値と比較し、前記可変抵抗を制御することを特徴とする請求項２に記載されたレーザ受光器。
【請求項４】
前記第１および第２の処理回路は、
電流信号を電圧信号に変換する電流電圧変換手段と、
前記電流電圧変換手段により変換された電圧信号から特定の周波数成分を抽出する狭帯域フィルタと、
前記狭帯域フィルタを経た電圧信号を増幅する信号増幅手段と、
前記信号増幅手段により増幅された電圧信号を時間積分した平均値を直流電圧信号として出力する交流直流変換手段とを備えることを特徴とする請求項２または請求項３に記載されたレーザ受光器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水平あるいは垂直に投光されるラインレーザ光を受光し、前記ラインレーザ光の照射位置を検出するレーザ受光器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
建築および内装作業において、容易に水平、垂直出しを行なう道具として墨出し器が用いられる。この墨出し器は、水平あるいは垂直方向に例えば扇状に９０度の照射角を有するラインレーザ光を、壁面等に投光照射する投光器である。
この墨出し器の使用例を図８に示す。例えば部屋５１の壁５１ａに水平ラインＨおよび垂直ラインＶを引く場合、墨出し器５０を部屋５１内に水平に設置し、水平および垂直のラインレーザ光を夫々壁面５１ａに照射し、これをマーキングすることにより水平ラインＨおよび垂直ラインＶが得られる。
通常、前記水平および垂直のラインレーザ光は、可視光のレーザ（例えば６３５ｎｍの半導体レーザ）が用いられ、作業者は、ラインレーザ光で照射された部位を直接マーキングすることにより水平ラインＨおよび垂直ラインＶを求めることができる。
【０００３】
前記ラインレーザ光は、墨出し器からの距離が離れるほど扇状に広がり、その光量は小さくなる。そのため、墨出し器から距離が離れた部位でのマーキング作業においては、目視によるラインレーザ光の確認が困難であり、特に屋外等の明るい場所においては目視による確認は望めない。
このような課題に対して、墨出し器から投光されたラインレーザ光を受光素子により受光し、ラインレーザ光の照射位置を確認する受光器が一般的に用いられる。このような受光器については、例えば特許文献１に開示されている。
【０００４】
図９に前記特許文献１に開示される受光器の断正面図および断側面図を示す。図９（ａ）に示すように、この受光器７０には、僅かな間隔を設けて３列に配列された細長い３つの受光素子７１ａ、７１ｂ、７１ｃが形成されている。
そして図９（ｂ）に示すように前記受光素子７１ａ、７１ｂ、７１ｃに対向する前ケース部７２の後面部分には、２枚の薄板部７３ｂ、７３ｃと外側の２枚の厚板部７３ａ、７３ｄとからなる遮光体７３が設けられている。
【０００５】
そして、図９（ａ）に示すように、この受光器７０の上端部には棒状の気泡型水準器７４ａが、図９（ｂ）に示すように側面には円形状の気泡型水準器７４ｂが夫々設けられている。
さらに、図９（ａ）に示すようにブザー７５と３個のＬＥＤ７６とが設けられ、前記受光素子７１ａ、７１ｂ、７１ｃのいずれがラインレーザ光を受光しているのかを視覚的、聴覚的に作業者に知らせることができるよう構成されている。
【０００６】
なお、前記受光素子７１ａ、７１ｃの距離はラインレーザの幅よりも僅かに大きく（略一致）形成されている。このため、前記受光素子７１ｂに対して上下に少しでもラインレーザ光の照射がずれていれば、上下の受光素子７１ａ、７１ｂのいずれかにもラインレーザ光が入光し、受光素子７１ｂのみが受光状態となることがないように構成されている。
すなわち、この受光器７０を使用する場合、前記３つの受光素子７１ａ、７１ｂ、７１ｃのうち、真中に配置された受光素子７１ｂのみがラインレーザ光を受光している状態のときに、正確なラインレーザ光の照射位置を検出した状態であるよう構成されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−２９５０７０号公報（第７頁左欄第１０行乃至第８頁左欄第９行、第２６図、第２７図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、太陽光あるいは蛍光灯等の外光下で前記したような受光器を使用する場合、受光器にはレーザ光の他、前記外光も入光し、発生した交流電流の中で直流成分が大きくなる。
このため、一般的にはコンデンサ結合により前記直流成分を取り除く回路構成が用いられる。このとき受光素子の出力電圧が飽和しないよう受光素子に並列に抵抗を設ける手段がとられるが、微弱なレーザ光を受光した場合、前記抵抗により信号レベルが低減され、検出精度が低下するという技術的課題があった。
このような課題に対しては、受光素子の感度を向上するために素子のチップ面積（受光部面積）を大きくすればよいが、この場合、チップ面積が大きくなるほど受光素子自体のコストが高くなるという別の課題があった。
なお、前記した特許文献１においては、これら課題についての具体的解決手段については開示されていない。
【０００９】
本発明は、前記したような事情の下になされたものであり、低コストである小面積の受光素子を用いて微弱なラインレーザ光の照射位置を正確に検出することのできるレーザ受光器を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明にかかるレーザ受光器は、水平あるいは垂直に投光されるラインレーザ光を受光し、前記ラインレーザ光の照射位置を検出するレーザ受光器であって、前記ラインレーザ光を受光し、受光した光量に比例した電流を発生する第１および第２の受光素子と、前記第１および第２の受光素子に夫々並列接続された可変抵抗と、前記第１および第２の受光素子が受光した光量に応じて前記可変抵抗の値を制御する可変抵抗制御手段とを備え、前記可変抵抗制御手段が前記可変抵抗の値を制御することにより、前記受光素子が発生した電流の出力レベルを制御することに特徴を有する。
【００１１】
このように構成することによって、受光素子が受光した光量レベルに応じて変換処理する信号レベルを制御することができる。
すなわち、受光レベルが微弱すぎる状態においては、可変抵抗値の値を例えば無限大（抵抗を未挿入の状態）とし、発生電流の出力レベルを低減させずに、すなわち検出精度を低下させることなく信号処理することができる。
また、受光レベルが強すぎる状態においては、可変抵抗値の抵抗値を所定の値にすることで、発生電流の出力レベルを低減し、信号増幅時における飽和状態を回避することができる。
【００１２】
また、前記第１および第２の受光素子が発生した電流を変換処理し、夫々直流電圧信号を出力する第１および第２の処理回路と、前記第１および第２の処理回路から出力された直流電圧信号を比較演算する比較演算手段とをさらに備え、前記比較演算手段による演算の結果、比較した２つの直流電圧信号の値が等しい場合において、該比較演算手段は、受光面における前記ラインレーザ光の幅方向の中点を検出判定することが望ましい。
このように構成することによって、所定幅を有するラインレーザ光の幅方向の中点を検出し、ラインレーザ光の照射位置を正確に検出することができる。
【００１３】
また、前記可変抵抗制御手段は、前記第１および第２の処理回路が出力した直流電圧を夫々閾値と比較し、前記可変抵抗を制御することが望ましい。
前記閾値を、前記第１および第２の処理回路における信号処理において飽和出力とならない閾値として設定しておくことにより、少なくとも出力電圧の飽和を回避することができ、また、微弱な受光信号も処理することができる。
【００１４】
また、前記第１および第２の処理回路は、電流信号を電圧信号に変換する電流電圧変換手段と、前記電流電圧変換手段により変換された電圧信号から特定の周波数成分を抽出する狭帯域フィルタと、前記狭帯域フィルタを経た電圧信号を増幅する信号増幅手段と、前記信号増幅手段により増幅された電圧信号を時間積分した平均値を直流電圧信号として出力する交流直流変換手段とを備えることが好ましい。
このように構成すれば、前記比較演算手段および可変抵抗制御手段において処理し易い直流電圧信号を得ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る一実施形態について、図１乃至図７に基づき説明する。
図１は、本発明に係るレーザ受光器の一実施形態の外観を示す斜視図である。
図２は、図１のレーザ受光器がラインレーザ光を受光する状態を模式的に示した側断面図である。図３は、図１のレーザ受光器の概略内部構成を示すブロック図である。図４および図５は、夫々図１のレーザ受光器の内部動作を示すフロー図である。そして図６および図７は、図１のレーザ受光器の使用例を示す図である。
【００１６】
図１の外観図に示すように、このレーザ受光器１００においては、ケーシング１の表面に、ラインレーザ光を入光する受光窓２と、電源スイッチ３と、ブザー４と、このブザー４のオン・オフ制御用のブザースイッチ５と、３つのＬＥＤ６ａ、６ｂ、６ｃとが設けられている。
さらに前記ケーシング１の側面および上端面には円形状の気泡型水準器７ａ、７ｂが夫々設けられ、ケーシング１の両側面には側溝１ａ、１ｂが形成されている。
【００１７】
図２に示すように前記受光窓２に対応したレーザ受光器１００の内部には、低ノイズ性を持つ光起電力型の２つのフォトダイオード（第１および第２の受光素子）１１ａ、１１ｂが上下に配列され、これらに受光面Ｂにおけるラインレーザ光Ｌの幅方向の中点Ｌｍを検出する検出回路１０が接続されている。すなわち、検出回路１０は、受光面Ｂにおける前記２つのフォトダイオード１１ａ、１１ｂの物理的中点Ｂｍと、前記ラインレーザ光Ｌの幅方向の中点Ｌｍとの一致状態を検出する回路である。
なお、前記２つのフォトダイオード１１ａ、１１ｂによる検出幅ｗ１は、ラインレーザ光Ｌを容易に検出できるように、例えば、ラインレーザ光Ｌの幅ｗ２の２倍以上の長さに形成されている。
【００１８】
また、前記３つのＬＥＤ６ａ、６ｂ、６ｃは、前記ラインレーザ光Ｌに対するフォトダイオード１１ａ、１１ｂの受光位置が下過ぎるか（６ａが点灯）、上過ぎるか（６ｃが点灯）、あるいは中央であるか（６ｂが点灯）を視覚的に作業者に知らせる機能を有する。
また、前記ブザー４も同様に、前記ラインレーザ光Ｌに対するフォトダイオード１１ａ、１１ｂの受光位置を、鳴動パターンを変化させることによって作業者に聴覚的に知らせる機能を有している。なお、このブザー４を鳴らすか否かは、前記ブザースイッチ５の操作により制御自在に構成されている。
【００１９】
さらに、前記気泡型水準器７ａは、水平ラインを求める際にレーザ受光器１００を縦長の状態で水平状態とするために用いる。一方、前記気泡型水準器７ｂは、垂直ラインを求める際にレーザ受光器１００を横長の状態で水平状態とするために用いる。
これらの水平状態で、且つ前記ラインレーザ光Ｌの幅方向の中点Ｌｍを検出した状態において、前記側溝１ａおよび１ｂにペン等を合わせ、壁等にマーキングを行なうことにより水平ラインあるいは垂直ラインが求められるように構成されている。
【００２０】
続いて図３に基づき、前記検出回路１０の説明をする。この検出回路１０は、前記フォトダイオード１１ａが受光したレーザ光の変換処理を行なう第１の処理回路１０ａと、前記フォトダイオード１１ｂが受光したレーザ光の変換処理を行なう第２の処理回路１０ｂとを並列に備える。
また前記第１および第２の処理回路の出力結果を比較演算し、その結果をＬＥＤ６ａ、６ｂ、６ｃおよびブザー４に出力するマイコン１８（比較演算手段）を備えている。
さらに前記フォトダイオード１１ａ、１１ｂに夫々並列接続された可変抵抗１７ａ、１７ｂと、前記第１および第２の処理回路の出力結果に従い前記可変抵抗１７ａ、１７ｂを制御する抵抗制御部１６（可変抵抗制御手段）を備える。
【００２１】
また、前記第１の処理回路１０ａは、フォトダイオード１１ａが受光した光量に比例して発生した交流電流を電圧信号に変換するＩ−Ｖ変換部１２ａ（電流電圧変換手段）と、前記Ｉ−Ｖ変換部１２ａにより変換された交流電圧からノイズを取り除く狭帯域フィルタ１３ａとを備える。さらに前記狭帯域フィルタ１３ａを介した交流電圧を、その直流成分の増幅率を抑えつつ信号増幅する増幅部１４ａ（信号増幅手段）と、交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ−ＤＣ変換部１５ａ（交流直流変換手段）とを備えている。
【００２２】
このうち前記Ｉ−Ｖ変換部１２ａは、フォトダイオード１１ａにおいて発生した微弱電流を電圧として検出するものであって、例えば電流帰還アンプあるいは電圧帰還アンプ等を使用して実現される。
また、前記狭帯域フィルタ１３ａは、蛍光灯等のパルス性ノイズを取り除くものである。すなわちラインレーザ光は一定の周波数で変調されており、この周波数成分をフィルタリングすることによって、必要な信号のみを取り出すことができる。
また、増幅部１４ａは、例えばオペアンプを用いて実現される回路であって、交流成分の振幅を増幅する機能を有する。
さらにＡＣ−ＤＣ変換部１５ａは、交流電圧を時間積分した平均値を直流電圧値として出力する機能を有する。
【００２３】
なお、第２の処理回路１０ｂも、Ｉ−Ｖ変換部１２ｂと、狭帯域フィルタ１３ｂと、増幅部１４ｂと、ＡＣ−ＤＣ変換部１５ｂの各ブロックにより構成されており、個々の動作は第１の処理回路１０ａにおける同様の名称のブロックと同様のため、その詳細な説明は省略する。
【００２４】
続いて、図４のフロー図に沿って、受光したラインレーザ光Ｌの幅方向の中点Ｌｍを検出する（レーザ光の照射位置を検出する）検出回路１０の動作について説明する。
【００２５】
フォトダイオード１１ａおよび１１ｂが共に、あるいはいずれか一方が投光器から投光照射されたラインレーザ光Ｌを受光すると（ステップＳ１）、夫々のフォトダイオードにおいて、受光した光量に応じた電流（交流電流）が発生する。
次いで第１の処理回路１０ａと第２の処理回路１０ｂの夫々においては、前記発生した電流がＩ−Ｖ変換部１２ａ、１２ｂにおいて電圧信号に変換される（ステップＳ２）。
【００２６】
そして狭帯域フィルタ１３ａ、１３ｂにおいて外光等によるパルス性ノイズ等が除去され、受光したレーザ光Ｌの周波数成分のみが取り出される（ステップＳ３）。次いで、増幅部１４ａ、１４ｂにおいて直流成分の増幅率を低減しつつ信号増幅され（ステップＳ４）、ＡＣ−ＤＣ変換部１５ａ、１５ｂにおいては、交流電圧を時間積分した平均値が直流電圧信号として夫々出力される（ステップＳ５）。
【００２７】
前記２つの直流電圧信号は、夫々マイコン１８に入力され、そこで信号レベルの比較演算処理が行なわれる（ステップＳ６）。
ここで２つの電圧信号レベルが等しいと判断されると（ステップＳ７）、前記レーザ光幅の中心点Ｌｍを検出したことを示すＬＥＤ６ｂの点灯、ブザーの鳴動等により作業者に検出結果が伝達される（ステップＳ８）。
また、ステップＳ７において前記２つの電圧信号レベルが等しくなく、フォトダイオード１１ａからの電圧信号レベルの方が大きい場合は（ステップＳ９）、ＬＥＤ６ａの点灯、異なるパターンのブザー鳴動等がなされる（ステップＳ１０）。
【００２８】
また、ステップＳ９においてフォトダイオード１１ｂからの電圧信号レベルの方が大きい場合は、ＬＥＤ６ｃの点灯、異なるパターンのブザー鳴動等がなされる（ステップＳ１１）。
【００２９】
続いて、図５のフロー図に沿って、受光したラインレーザ光Ｌの受光レベルに従って可変抵抗１７ａ、１７ｂを制御する検出回路１０の動作について説明する。
この動作は、発光源である墨出し器からのラインレーザ光信号が微弱すぎる場合、あるいは反対に、光信号が強すぎる場合に、処理信号レベルを適切に調整する制御動作である。
なお、図５に示すステップＳ１１乃至ステップＳ１５の動作については、図４に示したステップＳ１乃至ステップＳ５の動作と同一のため、その動作説明は省略する。
【００３０】
ステップＳ１５において直流変換された２つの電圧信号は、抵抗制御部１６に入力され、予め設定された閾値と比較される（ステップＳ１６）。
ここでいずれかの電圧信号が閾値以上であれば（ステップＳ１７）、抵抗制御部１６は、増幅部１４ａあるいは１４ｂの出力が飽和している、またはその危険性があると判断し、可変抵抗１７ａ、１７ｂの抵抗値を所定の値に変更制御する（ステップＳ１８）。
このようにフォトダイオード１１ａ、１１ｂに並列接続された可変抵抗１７ａ、１７ｂの値を所定の値に設定すれば、フォトダイオード１１ａ、１１ｂで発生した電流の出力レベルが低減され、増幅部１４ａ、１４ｂにおける出力電圧の飽和を防ぐことができる。
【００３１】
一方、ステップＳ１７において、前記いずれかの電圧信号が閾値より小さければ、抵抗制御部１６は、可変抵抗１７ａ、１７ｂをデフォルト値（例えば抵抗値を無限大）とする（ステップＳ１９）。
このように受光した光量が微弱すぎる場合には、可変抵抗１７ａ、１７ｂの値を例えば無限大（抵抗を未挿入の状態）とすることにより、受光した光信号を低減させることなく、すなわち検出精度を低下させることなく信号処理を行なうことができる。
【００３２】
なお、本発明の一実施形態にかかるレーザ受光器１００を用いて、例えば墨出し器から照射される水平ラインレーザを受光する場合、図６に示すように、先ず墨出し器５０から水平のラインレーザＬを照射する。これに対し作業者は、前記水平のラインレーザＬをレーザ受光器１００の受光窓２で受光するように、レーザ受光器１００を気泡型水準器７ａにより水平に維持した状態で壁面５１ａに沿って移動させる。
【００３３】
ここで、前記水平のラインレーザＬにおける幅方向の中点Ｌｍが、前記受光窓２の直下に配置されたフォトダイオード１１ａ、１１ｂの中点Ｂｍに一致すると、レーザ受光器１００は、ＬＥＤ６ｂの点灯による視覚的シグナルあるいはブザー４による聴覚的シグナルを発生する。これによってレーザ受光器１００は、水平のラインレーザ光Ｌの照射位置を正確に検出したことを作業者に伝達するようにされている。
そして、この状態で側溝１ａに合わせて壁面５１ａにマーキングすることにより、水平ラインを求めることができる。
【００３４】
また、例えば水平ラインＨおよび垂直ラインＶを求める場合等には、図７に示すように墨出し器５０から水平および垂直のレーザラインを夫々照射し、前記レーザ受光器１００を縦長の水平状態あるいは横長の水平状態で切り替えて使用することによって作業を容易に行なうことができる。
【００３５】
以上説明した本発明の一実施形態によれば、ラインレーザ光の受光量が微弱であっても、フォトダイオード１１ａ、１１ｂに並列接続された可変抵抗値を制御することによって、受光信号を低減することなく、すなわち検出精度を低下させることなく信号処理することができる。このためフォトダイオードの素子面積を大きくしなくても微弱なラインレーザ光の照射位置を正確に検出することができる。
また反対に、ラインレーザ光の受光量が大きすぎる場合には、前記可変抵抗値を制御することによって受光信号を低減し、その後、増幅した信号が飽和することなくラインレーザ光の照射位置を正確に検出することができる。
また、２つのフォトダイオード１１ａ、１１ｂが受光した信号を夫々並列に処理する第１および第２の処理回路１０ａ、１０ｂを設け、それらの出力結果を比較演算することによってラインレーザ光の正確な照射位置を検出することができる。
【００３６】
なお、前記した一実施形態において、フォトダイオード１１ａ、１１ｂには光起電力型の素子を用いたが、これを光伝導型（逆バイアス）の素子に換えてもよい。
【００３７】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなとおり、本発明によれば、低コストである小面積の受光素子を用いて微弱なラインレーザ光の照射位置を正確に検出することのできるレーザ受光器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に係る一実施形態の外観を示す斜視図である。
【図２】図２は、図１のレーザ受光器がラインレーザ光を受光する状態を模式的に示した側断面図である。
【図３】図３は、図１のレーザ受光器の概略内部構成を示すブロック図である。
【図４】図４は、図１のレーザ受光器の内部動作を示すフロー図である。
【図５】図５は、図１のレーザ受光器の別の内部動作を示すフロー図である。
【図６】図６は、図１のレーザ受光器の使用例を示す図である。
【図７】図７は、図１のレーザ受光器の別の使用例を示す図である。
【図８】図８は、墨出し器により壁面にラインレーザを照射する状態を示す図である。
【図９】図９は従来の受光器の断正面図および断側面図である。
【符号の説明】
１        ケーシング
２        受光窓
３        電源スイッチ
４        ブザー
５        ブザースイッチ
６ａ      ＬＥＤ
６ｂ      ＬＥＤ
６ｃ      ＬＥＤ
７ａ      気泡型水準器
７ｂ      気泡型水準器
１０      検出回路
１０ａ    処理回路
１０ｂ    処理回路
１１ａ    フォトダイオード
１１ｂ    フォトダイオード
１２ａ    Ｉ−Ｖ変換部
１２ｂ    Ｉ−Ｖ変換部
１３ａ    狭帯域フィルタ
１３ｂ    狭帯域フィルタ
１４ａ    増幅部
１４ｂ    増幅部
１５ａ    ＡＣ−ＤＣ変換部
１５ｂ    ＡＣ−ＤＣ変換部
１６      抵抗制御部
１７ａ    可変抵抗
１７ｂ    可変抵抗
１８      マイコン
１００    レーザ受光器
【図１】
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【図２】
2005030835.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2005030835.tif 000008
【図７】
2005030835.tif 000009
【図８】
2005030835.tif 000010
【図９】
2005030835.tif 000011