JP2007010376A - レーザ墨出し器用受光器 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ墨出し器から投射されるライン光の位置ずれとずれの向きを検出するとともに、ずれ量をリニアに検出し、検出結果に基づき、レーザ墨出し器の制御を迅速かつ精度良く行うことができるレーザ墨出し器用受光器を得る。
【解決手段】分割された受光素子Ａ，Ｂとこれらの受光素子の前面に配置された受光制限部材２を有し、受光素子Ａ，Ｂの分割線と受光制限部材２の少なくとも一つの縁とが互いに傾いていて、ライン光が受光素子の分割線を横切って投射されるようにレーザ墨出し器用受光器を設置したとき、分割された各受光素子Ａ，Ｂの受光量の比率がライン光の移動により変化する。受光素子は四角形の受光素子が２分割された形をしていて、この受光素子Ａ，Ｂの前面に四角形の受光制限部材２が配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、建築現場などにおいて墨出し作業のために垂直ライン光や水平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。

半導体レーザから放射される光束は発散光束であり、これ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直角方向から入射させると、ロッドレンズの中心軸線に対し直角方向にのみ拡散されて放射される。ロッドレンズの中心軸線方向を水平方向に保つことによって鉛直方向のライン光を投射することができ、ロッドレンズの中心軸線方向を鉛直方向に保つことによって水平方向のライン光を投射することができる。そこで、半導体レーザからなる光源とコリメートレンズとロッドレンズを有してなるレーザ光源ユニットを、ジンバル機構あるいはジャイロ機構と呼ばれる吊り下げ機構によって吊り下げた振り子状の揺動体に取り付けると、レーザ墨出し器を構成することができる。上記ロッドレンズが常に水平方向または垂直方向の姿勢を保つことができるように上記揺動体を調整すれば、墨出し器本体が傾いていても、鉛直方向または水平方向のライン光を投射することができる。これがロッドレンズを用いたレーザ墨出し器の基本原理である。この原理のレーザ墨出し器のほかに、レーザ光を鉛直面内または水平面内で高速回転させて鉛直ライン光または水平ライン光を投射するようにしたレーザ回転照射装置も知られている。

レーザ墨出し器を使用して、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しようとする場合、作業員の一人が壁面上のライン光の位置を確認しながら定められた位置に投射されているかどうかを確認して合図を出し、もう一人の作業員が合図に従って墨出し器の向きを調整する、という作業を行っている。しかしながら、墨出し器の位置調整に作業員２名が必要であること自体が問題であり、レーザ光の投射位置を確認する者と墨出し器の向きを調整する者が別人であることは、調整に手間取る要因となる。

そこで、ライン光が投射される壁面などに、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配置し、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およびずれの向きを判別して、無線でレーザ墨出し器に信号を送るレーザ受光装置が知られている。レーザ墨出し器は受信手段、制御手段を有していて、上記レーザ受光装置から送信される信号に応じ、上記基準位置からのライン光投射位置のずれを解消する向きに墨出し器を回転させ、ずれがなくなる位置で回転を停止させるようになっている（例えば、特許文献１参照）。

従来のレーザ受光装置における受光部の構成およびその検出原理を、図６を参照しながら説明する。図６において、受光部は２分割された受光素子Ａ，Ｂからなる。図示の例は鉛直方向のライン光１２の位置を検出する例で、受光部の分割線は上下方向を向いていて、左右方向中央にある。図６（ａ）はライン光１２が左側にずれた様子を示しており、受光素子Ａのみから受光信号が出力される。図６（ｂ）はライン光１２の幅方向中心が受光部の分割線上にあってライン光１２の位置ずれがない様子を示している。受光部の分割線を境にしてライン光１２の１／２の幅ａが受光素子Ａにかかっており、ライン光１２の残りの１／２の幅ｂが受光素子Ｂにかかっている。図６（ｃ）はライン光１２が右側にずれた様子を示しており、受光素子Ｂのみから受光信号が出力される。このように、受光信号の出力から、ライン光１２が基準位置からずれていることとずれの向き、およびずれがないことを判別することができ、この判別に基づいて墨出し器の向きを自動調整することができる。したがって、ライン光の位置決めに作業員１名がいればよく、調整の精度もよくなることが期待できる。

しかし、図６に示す受光部の構成によれば、ライン光１２が基準位置からずれていることとずれの向きがわかるものの、ずれた状態では受光素子ＡまたはＢから一定の出力があるだけで、ずれの量を検出することはできない。したがって、ライン光１２が基準位置近くにあってもそのことを判別することができず、制御量が多すぎて基準位置からオーバーランすることがある。逆に、ライン光１２が基準位置から大きく外れていても、制御量が少なすぎてのろのろと基準位置のほうに向かって回転し能率が悪い、という難点がある。

その点、特許文献１記載の発明では、受光部の構成に工夫がされている。図７はその例を示す。図７において、受光部は縦方向の線で４分割された受光素子Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄからなる。受光素子Ｂ，Ｃが基準位置を境にして隣接しており、この受光素子Ｂ，Ｃの幅は他の受光素子Ａ，Ｄの幅よりもかなり狭くなっている。この例によれば、ライン光が右または左に比較的大きく外れているときは受光素子ＡまたはＤのみから信号が出力される。ライン光が基準位置に近くなると受光素子ＢまたはＣから信号が出力され、基準位置に合致すると受光素子Ｂ、Ｃの出力レベルが一定以下に、したがって、すべての受光素子の出力レベルが一定以下になる。このような受光素子を用いれば、ライン光が比較的大きくずれていることとそのずれの向き、ライン光のずれが小さいこととそのずれの向き、ずれがないこと、がそれぞれわかり、それに応じたレーザ墨出し器の向きの制御が可能になるという利点がある。

しかし、特許文献１に記載されている受光部の構成によれば、４分割された受光素子を使用する必要があって構成が面倒になること、ライン光のずれ量がリニアに検出されるわけではないので、やはりレーザ墨出し器の向きの制御をきめ細かく行うことができない、という問題が残る。

本発明に関連のある公知技術として、レーザ光束を走査しながら照射する回転照射装置本体と、この回転照射装置本体により照射されかつ走査される壁面に配置される反射体を有し、この反射体からの反射光を回転照射装置本体側で受光して、壁面におけるレーザ光束の照射位置を検出し、所定の照射位置に制御するレーザ回転照射装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２記載の発明における少なくとも一つの上記反射体は、四角形を対角線に沿って２分割し、半分をλ／４複屈折部材からなる偏光変換反射部、残りの半分を偏光保存反射部とすることによって、上記反射体からの反射光を受光する受光部の出力から、壁面におけるレーザ光束の照射位置を検出することができ、この検出位置が基準位置に一致するように回転照射装置本体の回転位置を制御するようになっている。

特許文献２記載の発明によれば、レーザ光束の照射位置の変化をリニアに検出することができる利点がある。しかし、レーザ光の照射位置でこれを反射させ、回転照射装置本体側に戻ってきたレーザ光を受光するものであるため、光量の減衰量が大きく、精度のよい照射位置検出が困難という難点がある。また、反射体を偏光変換反射部と偏光保存反射部に分ける必要があるため、反射部の構成が複雑になり、これに対応して受光部側では偏光変換反射部からの反射光と偏光保存反射部からの反射光を区別して受光する必要があるため、受光部の構成が複雑になるという難点がある。

特開２００３−３５５３９号公報 再公表ＷＯ９７／１６７０３号公報

本発明は、以上述べたような従来技術の問題点を解消するためになされたもので、レーザ墨出し器から投射されるライン光の位置ずれとずれの向きを検出することができるとともに、ずれ量をリニアに検出することができ、この検出結果に基づき、ずれ量が大きい場合はレーザ墨出し器をずれがなくなる向きに素早く回転させ、ずれ量が少なくなるにつれてレーザ墨出し器をゆっくり回転させるようにして、ライン光を所定位置に投射するためのレーザ墨出し器の制御を迅速かつ精度良く行うことを可能にしたレーザ墨出し器用受光器を提供することを目的とする。

本発明は、分割された受光素子とこれらの受光素子の前面に配置された受光制限部材を有してなり、受光素子の分割線と上記受光制限部材の少なくとも一つの縁とが互いに傾いていて、上記ライン光が上記受光素子の分割線を横切って投射されるようにレーザ墨出し器用受光器を設置したとき、分割された各受光素子の受光量の比率が上記ライン光の移動により変化することを最も主要な特徴とする。

受光素子上におけるライン光の受光位置が変動するにしたがって、分割された各受光素子の受光量の比率が変化するので、ライン光が基準位置にあるときの各受光素子の受光量の比率がわかっていれば、この比率を基準にして比率がどうなっているかでずれの向きがわかるとともに、ずれの量がわかる。そこで、ライン光のずれの向きとずれの量を表す信号をレーザ墨出し器に送信し、レーザ墨出し器側で上記ずれがゼロになるようにレーザ墨出し器の向きを制御する。レーザ墨出し器側での制御は、ずれ量が大きい場合はその向きを素早く制御し、ずれ量が少なくなるに従いゆっくり制御することができ、こうすることによって迅速かつ精度の高いライン光の位置制御を行うことができる。

以下、本発明にかかるレーザ墨出し器用受光器の実施例について図面を参照しながら説明する。
図１において、符号１はレーザ墨出し器用受光器の受光部を示す。受光部１は、分割された受光素子とこれらの受光素子の前面に配置された窓枠状の受光制限部材２を有してなる。受光素子Ａ，Ｂとしては、受光面が２次元的に広がりのあるもの、例えば太陽電池、フォトダイオードなど適宜の素子を用いることができる。図示の例では受光部１は長方形の受光素子が長辺方向の分割線により２分割され、同じ大きさの受光素子Ａ，Ｂが上記分割線を境にして接した形になっている。上記受光制限部材２は長方形状の窓孔を有していて、この窓孔が受光部１に対し傾いた態勢で配置されている。したがって、図示されないレーザ墨出し器から投射されるライン光が鉛直方向のライン光で、このライン光が上記受光素子Ａ，Ｂの分割線を直角に横切って投射されるようにレーザ墨出し器用受光器を設置すると、分割された各受光素子Ａ，Ｂの受光量の比率が上記ライン光の左右方向への移動により変化する。ライン光が例えば左から右に移動するものとすれば、受光素子Ａの受光量は連続的に増大し、これに対し受光素子Ｂの受光量は連続的に減少するように受光部１に対する受光制限部材２の相対位置が決められている。したがって、各受光素子Ａ，Ｂの受光量の比率を演算することによって、ライン光の受光位置を求めることができる。また、受光部１の左右方向の中心を通る線を基準線とすると、この基準線上にライン光が投射されたとき、受光素子Ａ，Ｂの受光量が等しくなるように、受光部１に対する受光制限部材２の相対的な形が設定されている。

受光素子Ａ，Ｂの検出信号はマイコンなどからなる判断部３に入力される。判断部３では、受光素子Ａ，Ｂの検出信号を比較し、両者の比率を演算することによってライン光の位置が左に偏っているのか、右に偏っているのか、または基準位置に合致しているのか、左または右に偏っているとすれば、どの程度偏っているのかを判断する。この判断結果は送信部４からアンテナ５を介して送信され、図示されないレーザ墨出し器で受信される。レーザ墨出し器は、上記受光器からの信号を受信する受信部と、受信された信号に基づいてその本体の向きを制御する制御部を有していて、受光器から送られてくる判断結果信号が基準位置に合致している旨の信号になるようにレーザ墨出し器本体の向きを制御する。上記判断部３には、その判断結果を表示する３個の発光素子（例えばＬＥＤ）６，７，８が接続されている。発光素子６はライン光が左側にずれていることを表示し、発光素子７はライン光が基準位置にあることを表示し、発光素子８はライン光が右側にずれていることを表示する。発光素子６と発光素子７は、ライン光が左または右にずれているときに単に発光するだけでなく、例えば、ずれが大きいとき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位置に近づくにしたがって間欠的な発光時間間隔が短くなるようにするとよい。なお、受光器とレーザ墨出し器との間の上記信号の送受信は、電波または光による通信手段で行ってもよいし、両者をつないだケーブルで行ってもよい。

図２は、上記受光器の外観の例を示す。四角形の箱形の受光器本体１０は、上に述べたような分割された受光素子Ａ，Ｂと、受光制限部材２を備えた受光部１を有している。受光部１の左右方向中心を上下方向に通る仮想的な基準線１８を示すマーク１５，１６が受光器本体１０の上下の縁部に付されている。受光器本体１０の正面には上記ＬＥＤ６，７，８が左から右に向かってこの順に配置されている。受光器本体１０にはまた、アンテナ５と電源スイッチ１１が取り付けられている。受光器本体１０は、ライン光を投射すべき目標位置に上記マーク１５，１６が重なるように壁面などに設置して用いる。

図３は、上記受光部１をより詳細に示す。受光部１は長方形の同じ大きさの受光素子Ａ，Ｂが上下に接して配置された形になっている。換言すれば、四角形の受光素子が水平方向の分割線によって上下に２等分された形になっている。受光素子Ａ，Ｂの前面には長方形状の窓孔を有してなる受光制限部材２が上記窓孔を受光部１に対し傾けた態勢で配置されている。また、受光制限部材２の窓孔は受光素子Ａ，Ｂの受光面よりも小さく、受光制限部材２の窓孔から受光素子Ａ，Ｂの一部が露呈している。図示されないレーザ墨出し器から鉛直方向のライン光が上記受光素子Ａ，Ｂの分割線を直角に横切って投射されると、各受光素子Ａ，Ｂから受光量に応じた信号が出力される。上記ライン光の照射位置が左右方向にずれると、ずれ量に応じて受光素子Ａ，Ｂのうち一方の受光素子の出力が増大し、他方の受光素子の出力が減少する。図３に示す例ではライン光１２の位置が仮想的な基準線１８の位置より左側にずれていて、受光素子Ａの受光範囲ａに対して受光素子Ｂの受光範囲ｂが大きくなっている。したがって、受光素子Ａ，Ｂの出力の差乃至は比率を求めることにより、ライン光のずれの向き及びずれ量を求めることができる。ライン光が逆にずれた場合は受光素子Ａ，Ｂの出力の差が逆転するので、この受光素子Ａ，Ｂの出力の差乃至は比率からライン光のずれの向き及びずれ量を求めることができる。ライン光１２の位置が基準線１８の位置に合致すると、受光素子Ａ，Ｂの受光範囲ａ，ｂが等しくなり、受光素子Ａ，Ｂの検出出力が等しくなるように、受光素子Ａ，Ｂと受光制限部材２の相対位置関係が設定されている。そこで、受光素子Ａ，Ｂの出力を比較し、両者の出力差が小さくなるようにレーザ墨出し器の向きを制御するとともに、上記両者の差がなくなるように制御することによって、ライン光を目標位置に投射することができる。

以上説明した実施例によれば、受光部１を目標とする所定の位置に位置決めして設置し、これに向かってレーザ墨出し器からライン光を投射すれば、ライン光の投射位置が基準位置にあるのか、基準位置からずれているのか、ずれているとすればどの向きにずれているのか、さらにずれの量も判断することができる。したがって、この判断結果をレーザ墨出し器に有線または無線で送信し、レーザ墨出し器側の姿勢制御装置により上記ずれがなくなるように制御することにより、ライン光の投射位置を自動的に定めることができる。また、ライン光の投射位置決めを自動的に行うための受光器側の受光部は、分割された受光素子とその前面に配置された受光制限部材によって構成されていればよく、受光部の構成が簡単であるという利点がある。さらに、ライン光の位置ずれの向きと位置ずれの量を判別することができるため、ずれ量に応じてすばやくライン光の位置ずれを修正し、かつ、ライン光の位置を精度良く定めることができる利点がある。なお、レーザ墨出し器側が自動的な姿勢制御装置を備えていない場合であっても、一人の作業者がレーザ墨出し器の姿勢を調整しながら受光器の発光素子６，７，８を観察し、発光素子７が発光する位置に調整することによってライン光の投射位置を正しく設定することが可能である。

次に、受光部の各種変形例について説明する。図１乃至図３に示す実施例では、受光素子Ａ，Ｂが水平方向に平行に配置され、受光制限部材２はその四角形の縁部を傾けて配置されていたが、図４に示す実施例のように、四角形の窓枠状の受光制限部材２１はこれを傾けることなく水平方向に配置し、これに対して受光素子Ａ，Ｂを傾けて配置してもよい。受光制限部材２１の左右方向中心を上下方向に横切る仮想的な線１８の位置が基準位置であり、この基準位置にレーザ墨出し器からのライン光があるとき、受光素子Ａ，Ｂによるライン光の受光範囲が等しく、受光素子Ａ，Ｂの出力も等しくなるように設定されている。この実施例の場合もライン光の投射位置が基準位置にあるのか、基準位置からずれているのか、ずれているとすればどの向きにずれているのか、さらにずれの量も判断することができるので、図１乃至図３に示す実施例と同様の効果を得ることができる。

図５は受光部１のさらに別の実施例を示す。この実施例における受光素子は、図１乃至図３に示す実施例における受光素子と同様に、四角形の受光素子が同じ大きさに２分割された形の二つの四角形の受光素子Ａ，Ｂからなる。受光素子Ａ，Ｂはともに長辺が水平方向に向いている。これに対して受光制限部材２２は、一辺２３が上記受光素子の分割線と平行であり、受光制限部材２２の上記一辺２３と対向する他の一辺２４が上記受光素子の分割線に対して傾斜している。さらに、受光制限部材２２の一辺２３は、受光素子Ａの上下方向中心部を水平方向に横切っている。これに対して受光制限部材２２の他の一辺２４は、受光素子Ｂを斜めに横切り、受光素子Ｂの露呈幅が左側から右側に向かって漸次小さくなるように構成されている。受光素子Ａ，Ｂの左右方向中央を上下に横切る仮想的な基準線１８が設定されていて、この基準線１８上をライン光が通るとき、ライン光による受光素子Ａ，Ｂの照射幅ないしは照射範囲ａ，ｂが等しく、受光素子Ａ，Ｂの出力が等しくなるように設定されている。

図５に示す実施例によれば、受光素子Ａの受光範囲ないしは受光幅はライン光の位置が左右にずれても変化がなく出力信号の変化もない。これに対して受光素子Ｂの受光範囲ないしは受光幅はライン光の位置が左から右にずれるにしたがって小さくなる。また、受光素子Ｂの出力は、ライン光が基準線１８よりも左側にあるときは受光素子Ａの出力よりも大きく、基準線１８上にあるとき受光素子Ａの出力と等しくなり、ライン光が基準線１８より右側にあるときは受光素子Ａの出力よりも小さくなる。したがって、この実施例によっても、ライン光の投射位置が基準位置にあるのか、基準位置からずれているのか、ずれているとすればどの向きにずれているのか、さらにずれの量も判断することができるので、前述の各実施例と同様の効果を得ることができる。

なお、図１から図５に示すいずれの実施例も、ライン光が基準線上にあるとき、分割された各受光素子の出力が等しくなるように設定されているが、必ずしもそのように設定する必要はなく、各受光素子の出力が異なっていてもよい。すなわち、ライン光が基準線上にあるとき、分割された受光素子それぞれの受光量の比率がわかり、それに応じて各受光素子の出力の比率がわかり、また、ライン光が基準位置からずれた場合、ずれ量に応じた各受光素子の出力の比率がわかっていれば、ライン光のずれの向き、ずれの程度、およびずれがなくなったことを判断することができる。この判断に基づいて、ライン光のずれがなくなるようにレーザ墨出し器の向きを設定すればよい。

図示の実施例では、いずれも鉛直方向のライン光の位置を検出するものとして説明したが、本発明にかかるレーザ墨出し器用受光器は、その設置姿勢を９０度回転させることにより、水平方向のライン光の位置を検出する受光器としても使用することができる。

本発明にかかるレーザ墨出し器用受光器の一実施例にかかる電気的制御系統を示すブロック図である。 上記実施例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。 上記実施例の受光部の構成を示す正面図である。 本発明にかかるレーザ墨出し器用受光器に適用可能な受光部の変形例を示す正面図である。 本発明にかかるレーザ墨出し器用受光器に適用可能な受光部のさらに異なる変形例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部の例を示す、（ａ）はライン光が左にずれている場合、（ｂ）はライン光が基準位置にある場合、（ｃ）はライン光が右にずれた場合の正面図である。 従来のレーザ墨出し器用受光器に用いられている受光部の別の例を示す正面図である。

符号の説明

１ 受光部
２ 受光制限部材
３ 判断部
４ 送信部
５ アンテナ
Ａ 受光素子
Ｂ 受光素子

Claims (7)

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、
   分割された受光素子とこれらの受光素子の前面に配置された受光制限部材を有してなり、
   受光素子の分割線と上記受光制限部材の少なくとも一つの縁とが互いに傾いていて、
   上記ライン光が上記受光素子の分割線を横切って投射されるようにレーザ墨出し器用受光器を設置したとき、分割された各受光素子の受光量の比率が上記ライン光の移動により変化することを特徴とするレーザ墨出し器用受光器。
2. 受光素子は四角形の受光素子が２分割された形をしていて、この受光素子の前面に四角形の受光制限部材が配置されている請求項１記載のレーザ墨出し器用受光器。
3. 受光素子は四角形の受光素子が２分割された四角形であって、受光制限部材の一辺は上記受光素子の分割線と平行であり、受光制限部材の上記一辺と対向する他の一辺は上記受光素子の分割線に対して傾斜している請求項１記載のレーザ墨出し器用受光器。
4. ライン光が受光素子の基準位置にあるとき、２分割された受光素子の出力が等しいことを特徴とする請求項２または３記載のレーザ墨出し器用受光器。
5. 受光制限部材は窓枠状の部材で、その窓孔から受光素子の一部が露呈している請求項１から４のいずれかに記載のレーザ墨出し器用受光器。
6. 受光素子からの信号に基づいてライン光の受光位置を判断する判断部と、判断結果を送信する送信部を有する請求項１から５のいずれかに記載のレーザ墨出し器用受光器。
7. 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から６のいずれかに記載のレーザ墨出し器用受光器。
   

Images