(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガイド光を照射するためのガイド光手段と、このガイド光の方向と目標とする方向との差を検出するための、前記ガイド光手段とは別体に形成される方向検出装置本体とからなり、前記ガイド光手段には、ガイド光の照射方向に対して方向が規定された偏光光束を前記方向検出装置本体に向けて照射するための偏光照射手段が設けられており、前記方向検出装置本体には、目標とする方向を視準するための視準手段と、前記偏光照射手段からの偏光光束を受光し、目標とする方向との差を検出するための方向差検出手段を備えており、この方向差検出手段は、偏光光束を透過させるための回転偏光板と、この回転偏光板を透過した偏光光束を集光させるための集光レンズと、この集光レンズで集光された偏光光束を受光するための受光部と、前記回転偏光板の位置及び回転を検出し、前記目標とする方向に対する基準位置を検出するためのエンコーダ手段とを備えることを特徴とする方向検出装置。
【請求項２】
方向差検出手段は、更に、前記受光部の受光信号をＡ／Ｄ変換するためのＡ／Ｄ変換手段と、このＡ／Ｄ変換手段でＡ／Ｄ変換されたディジタル信号を周期毎に重ね合わせて記憶するための記憶手段と、この記憶手段に記憶された信号から得られる波形成分に基づき、目標とする方向と前記ガイド光手段から照射された偏光光束の方向の位相差を演算するための演算手段とから構成されている請求項１記載の方向検出装置。
【請求項３】
ガイド光を照射するためのガイド光手段と、このガイド光の方向と目標とする方向との差を検出するための、前記ガイド光手段とは別体に形成される方向検出装置本体とからなり、前記ガイド光手段には、ガイド光の照射方向に対して方向が規定された偏光光束を反射させるための偏光反射手段が設けられており、前記方向検出装置本体には、目標とする方向を視準するための視準手段と、前記偏光反射手段に向けて偏光光束を照射するための偏光照射手段と、前記偏光反射手段からの偏光光束を受光し、目標とする方向との差を検出するための方向差検出手段を備えており、この方向差検出手段は、偏光光束を透過させるための回転偏光板と、この回転偏光板を透過した偏光光束を集光させるための集光レンズと、この集光レンズで集光された偏光光束を受光するための受光部と、前記回転偏光板の位置及び回転を検出し、前記目標とする方向に対する基準位置を検出するためのエンコーダ手段とを備えることを特徴とする方向検出装置。
【請求項４】
方向差検出手段は、更に、前記受光部の受光信号をＡ／Ｄ変換するためのＡ／Ｄ変換手段と、このＡ／Ｄ変換手段でＡ／Ｄ変換されたディジタル信号を周期毎に重ね合わせて記憶するための記憶手段と、この記憶手段に記憶された信号から得られる波形成分に基づき、目標とする方向と前記ガイド光手段から照射された偏光光束の方向の位相差を演算するための演算手段とから構成されている請求項４記載の方向検出装置。
【請求項５】
偏光照射手段からの偏光光束は、円偏光である請求項４記載の方向検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、２つの地点の方向を位置決めすることのできる方向検出装置に係わり、特に、トンネル工事等における地上の中心基線及び基準点を、地下のトンネル坑内等に移動させ、掘削推進方向の位置決めするための方向検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、２つの地点の方向を位置決めするには、地面に対する水平な方向と、地面に対する鉛直な方向である上下方向を位置決めする必要がある。
【０００３】
地面に対する水平な方向の位置決めは、地上においては、セオドライト等の測量機により容易に行うことができる。これに対して、地面に対する鉛直な方向である上下方向の位置決めは、旧来の特殊な器具を使わざるを得なかった。
【０００４】
即ち、地下と地上とを結んだ方向の位置決めは、上下各々の２つの点を平行に移動させることにより、実施されていた。
【０００５】
例えば、上下方向の位置決めを必要とするトンネルの測量では、特定のルートで掘削推進させるため、高い精度が必要とされる。特にトンネル工事では、掘削推進後の修正作業は極めて困難であり、慎重な測量が要求されている。
【０００６】
即ち、トンネル測量の第１作業は、地上の測量から開始される。トンネルの施工に先立って、中心線測量及び横断測量が実施され、トンネルの方向と水準を定められる。
【０００７】
次にトンネル測量の第２作業は、地上の測量を地下に導入し、立坑の中心線及び水準位置を求める測量である。
【０００８】
更にトンネル測量の第３作業は、掘削されるトンネルの基準点及び中心線を設ける作業である。
【０００９】
そしてトンネル測量の第４作業は、トンネルの掘削工事に伴う掘削推進方向と、地上に設定したルートとを、一致させるための測量作業である。
【００１０】
以上の様なトンネル測量の第１〜第４作業では、地上又はトンネル内の推進方向については、レーザー測量装置等を使用した比較的新しい測量方法が実施されている。ところが、地上の測量ルートと、トンネルの掘削推進方向とを一致させる立坑の測量は、図１１に示す様な下げ振りを使用した測量方法が採用されている。
【００１１】
この図１１に示す下げ振りを使用した測量方法は、地上の支持部材９１００から２本のワイヤー９２１０、９２２０を立坑内に下ろし、この２本のワイヤー９２１０、９２２０の先端部に取り付けた重錘９３１０、９３２０を、油等の粘性を利用した減衰装置９４１０、９４２０内に挿入させる。従って、地上に配置された第１のトランシット９５００により、地上で測定された測量ルート及び基準点をトンネル内に下ろし、トンネルの掘削方向及び基準点を設定する。
【００１２】
即ち、第１のトランシット９５００で設定された地上方向に基づく視準方向を、２本のワイヤー９２１０、９２２０を介して、トンネル内に載置された第２のトランシット９６００により、トンネルの掘削方向を位置決めすることができる。例えば、ワイヤー９２１０で基準点を定め、ワイヤー９２２０でトンネルの掘削方向を定めることができる。
【００１３】
なお、２本のワイヤー９２１０、９２２０は、細いワイヤーに限らず、ピアノ線等が使用されている。
【００１４】
そして、立坑内で実施される測量であるから、基線長が短く、僅かな揺れでも精度が低下してしまう。このため、２本のワイヤー９２１０、９２２０の揺れを防止するため、２本のワイヤー９２１０、９２２０の先端部に取り付けた重錘９３１０、９３２０を減衰装置９４１０、９４２０に挿入し、２本のワイヤー９２１０、９２２０の動揺を減衰させる様になっている。
【００１５】
以上の様に構成された下げ振りを使用した測量方法は、２本のワイヤー９２１０、９２２０を概略の位置に設置し、地上の測量に基づいて、第１のトランシット９５００により２本のワイヤー９２１０、９２２０の方向を合わせる。
【００１６】
次に、２本のワイヤー９２１０、９２２０の動揺が減衰した後、２本のワイヤー９２１０、９２２０を第２のトランシット９６００で観察し、基準点及びトンネルの掘削方向を定めることができる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の下げ振りを使用した測量方法は、大掛かりな装置を必要とする上、地上から立坑へ、立坑から地下へと、測量の写し変えを繰り返すため、誤差が累積されて大きくなってしまうという深刻な問題点があった。
【００１８】
更に、測定精度を向上させるためには、下げ振りのスパンを大きくする必要があり、立坑の径を大きくしなければならないという問題点があった。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題に鑑み案出されたもので、ガイド光を照射するためのガイド光手段と、このガイド光の方向と目標とする方向との差を検出するための、前記ガイド光手段とは別体に形成される方向検出装置本体とからなり、前記ガイド光手段には、ガイド光の照射方向に対して方向が規定された偏光光束を前記方向検出装置本体に向けて照射するための偏光照射手段が設けられており、前記方向検出装置本体には、目標とする方向を視準するための視準手段と、前記偏光照射手段からの偏光光束を受光し、目標とする方向との差を検出するための方向差検出手段を備えており、この方向差検出手段は、偏光光束を透過させるための回転偏光板と、この回転偏光板を透過した偏光光束を集光させるための集光レンズと、この集光レンズで集光された偏光光束を受光するための受光部と、前記回転偏光板の位置及び回転を検出し、前記目標とする方向に対する基準位置を検出するためのエンコーダ手段とを備えることを特徴としている。
【００２０】
また本発明の方向差検出手段は、更に、前記受光部の受光信号をＡ／Ｄ変換するためのＡ／Ｄ変換手段と、このＡ／Ｄ変換手段でＡ／Ｄ変換されたディジタル信号を周期毎に重ね合わせて記憶するための記憶手段と、この記憶手段に記憶された信号から得られる波形成分に基づき、目標とする方向と前記ガイド光手段から照射された偏光光束の方向の位相差を演算するための演算手段とから構成することもできる。
【００２２】
また本発明は、ガイド光を照射するためのガイド光手段と、このガイド光の方向と目標とする方向との差を検出するための、前記ガイド光手段とは別体に形成される方向検出装置本体とからなり、前記ガイド光手段には、ガイド光の照射方向に対して方向が規定された偏光光束を反射させるための偏光反射手段が設けられており、前記方向検出装置本体には、目標とする方向を視準するための視準手段と、前記偏光反射手段に向けて偏光光束を照射するための偏光照射手段と、前記偏光反射手段からの偏光光束を受光し、目標とする方向との差を検出するための方向差検出手段を備えており、この方向差検出手段は、偏光光束を透過させるための回転偏光板と、この回転偏光板を透過した偏光光束を集光させるための集光レンズと、この集光レンズで集光された偏光光束を受光するための受光部と、前記回転偏光板の位置及び回転を検出し、前記目標とする方向に対する基準位置を検出するためのエンコーダ手段とを備えることを特徴としている。
【００２３】
本発明の方向差検出手段は、更に、Ａ／Ｄ変換手段が、受光部の受光信号をＡ／Ｄ変換し、記憶手段が、Ａ／Ｄ変換手段でＡ／Ｄ変換されたディジタル信号を周期毎に重ね合わせて記憶し、演算手段が、記憶手段に記憶された信号から得られる波形成分に基づき、目標とする方向とガイド光手段から照射された偏光光束の方向の位相差を演算することもできる。
【００２５】
また本発明の偏光照射手段からの偏光光束は、円偏光とすることもできる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以上の様に構成された本発明は、ガイド光手段がガイド光を照射し、ガイド光手段とは別体に形成される方向検出装置本体が、ガイド光の方向と目標とする方向との差を検出する様になっており、ガイド光手段に設けられた偏光照射手段が、
ガイド光の照射方向に対して方向が規定された偏光光束を方向検出装置本体に向けて照射し、方向検出装置本体には、目標とする方向を視準するための視準手段と、偏光照射手段からの偏光光束を受光し、目標とする方向との差を検出するための方向差検出手段とを備え、方向差検出手段の回転偏光板は、偏光光束を透過させ、集光レンズが、回転偏光板を透過した偏光光束を集光させ、受光部が、集光レンズで集光された偏光光束を受光し、エンコーダ手段が、回転偏光板の位置及び回転を検出し、目標とする方向に対する基準位置を検出することができる。
【００２７】
また本発明の方向差検出手段は、更に、前記受光部の受光信号をＡ／Ｄ変換するためのＡ／Ｄ変換手段と、このＡ／Ｄ変換手段でＡ／Ｄ変換されたディジタル信号を周期毎に重ね合わせて記憶するための記憶手段と、この記憶手段に記憶された信号から得られる波形成分に基づき、目標とする方向と前記ガイド光手段から照射された偏光光束の方向の位相差を演算するための演算手段とから構成することもできる。
【００２９】
また本発明は、ガイド光手段がガイド光を照射し、ガイド光手段とは別体に形成される方向検出装置本体が、ガイド光の方向と目標とする方向との差を検出する様になっており、ガイド光手段に設けられた偏光反射手段が、ガイド光の照射方向に対して方向が規定された偏光光束を反射させ、方向検出装置本体には、視準手段が、目標とする方向を視準し、偏光照射手段が、偏光反射手段に向けて偏光光束を照射し、方向差検出手段が、偏光反射手段からの偏光光束を受光し、目標とする方向との差を検出する様になっており、方向差検出手段は、回転偏光板が、偏光光束を透過させ、集光レンズが、回転偏光板を透過した偏光光束を集光させ、受光部が、集光レンズで集光された偏光光束を受光させ、エンコーダ手段、回転偏光板の位置及び回転を検出し、目標とする方向に対する基準位置を検出することができる。
【００３０】
本発明の方向差検出手段は、更に、Ａ／Ｄ変換手段が受光部の受光信号をＡ／Ｄ変換し、記憶手段が、Ａ／Ｄ変換手段でＡ／Ｄ変換されたディジタル信号を周期毎に重ね合わせて記憶し、演算手段が、記憶手段に記憶された信号から得られる波形成分に基づき、目標とする方向とガイド光手段から照射された偏光光束の方向の位相差を演算することもできる。
【００３２】
そして本発明は、偏光照射手段からの偏光光束を円偏光とすることもできる。
【００３３】
【実施例】
【００３４】
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００３５】
「第１実施例」
【００３６】
図１は、本発明の第１実施例である方向検出装置１００００を示すもので、ガイド光装置１０００と方向検出装置本体２０００とから構成されている。方向検出装置本体２０００には、セオドライト、トランシット等の測量機が装備されている。
【００３７】
ガイド光装置１０００は、方向を検出するための偏光を方向検出装置本体２０００に対して照射するガイド光手段に該当するもので、第１のレーザー光源１１００と、第１のコリメートレンズ１２００と、偏光板１３００と、第２のレーザー光源１４００と、第２のコリメートレンズ１５００とから構成されている。
【００３８】
第１のレーザー光源１１００と、第１のコリメートレンズ１２００と、偏光板１３００とが、偏光照射手段に該当するものであり、第２のレーザー光源１４００と、第２のコリメートレンズ１５００は、水平方向にレーザー光を射出するためのレーザーガイド形成装置である。
【００３９】
第１のレーザー光源１１００は、鉛直光用の光源であり、第１のコリメートレンズ１２００でコリメートされた後、偏光板１３００で偏光光束となり、上方に鉛直光として照射される様に構成されている。
【００４０】
この上方に照射された偏光光束は、適宜の傾斜角補正機構により、正確に鉛直上方に照射される様に調整されている。更に、鉛直上方に照射される偏光光束の光軸と、照射方向を調整するための傾斜角補正機構の中心軸とは、誤差がない様に一致させている。
【００４１】
第２のレーザー光源１４００は、レーザーガイド形成装置の光源であり、第２のコリメートレンズ１５００でコリメートされた後、レーザーガイド光として水平方向に照射される。
【００４２】
本第１実施例のガイド光装置１０００は、偏光板１３００を通過した鉛直光の偏光方向が、図２（ａ）に示す様に、第２のコリメートレンズ１５００から照射されるガイド光の方向と一致する様に構成されている。なお、この偏光方向は、必ずしもガイド光の方向に限定されるものではなく、特定の方向に定めても良い。
【００４３】
方向検出装置本体２０００は、位置検出手段２１００と、方向差検出手段２２００と、望遠鏡手段２３００と、ハーフミラー２４００とから構成されている。位置検出手段２１００は偏光光束のズレを検出するためのものであり、望遠鏡手段２３００は測量機としての機能を有する。
【００４４】
位置検出手段２１００は、ガイド光装置１０００から照射された鉛直上方の偏光光束の光軸と、方向検出装置本体２０００内の望遠鏡手段２３００等からなる測量機部分の回転中心とのズレを検出するためのものである。測量機部分の回転中心からズレると、方向差検出手段２２００に入射する偏光に振れが生じ、方向検出の誤差の原因となるからである。本第１実施例の位置検出手段２１００は、４分割素子のフォトダイオードが採用されている。鉛直上方の偏光光束の光軸と、測量機部分の回転中心とのズレを検出可能であれば、何れのセンサを採用することができる。
【００４５】
位置検出手段２１００の出力信号は、適宜の表示装置に表出され、手動又は自動的に位置合わせを行うことができる。
【００４６】
方向差検出手段２２００は、回転偏光部２２１０と、エンコーダ２２２０と、集光レンズ２２３０と、絞り２２４０と、受光部２２５０とから構成されている。
【００４７】
回転偏光部２２１０は、回転偏光板２２１１をモータ２２１２により回転させる構成となっている。この回転偏光部２２１０には、エンコーダ２２２０が取り付けられており、望遠鏡手段２３００の視準方向と所定関係にあるエンコーダ２２２０に設けられた基準位置から、視準方向とガイド光装置１０００のレーザーガイド方向とのズレ角度を検出することができる。
【００４８】
なおエンコーダ２２２０は、インクリメンタルエンコーダであっても、アブソリュートエンコーダであっても、基準位置が設定でき、基準位置からの回転角が得られれば、何れの方式のエンコーダであってもよい。本第１実施例では、基準位置を示すインデックスを備えたインクリメンタルエンコーダが採用されている。
【００４９】
集光レンズ２２３０は、回転偏光部２２１０を透過した光束を受光部２２５０に集光させるためのものである。絞り２２４０は、散乱光、外乱光等の不要光をカットするためのものである。
【００５０】
受光部２２５０は、回転偏光部２２１０を透過した光を光電変換するためのもので、ホトダイオード等が使用される。
【００５１】
以上の様に構成された方向検出装置本体２０００は、ガイド光装置１０００から照射された鉛直上方の偏光光束を、ハーフミラー２４００で分離し、一部の光束を位置検出手段２１００に導き、ハーフミラー２４００を透過した光束は、回転偏光部２２１０に入射する様になっている。
【００５２】
ここで、望遠鏡手段２３００の視準方向と、エンコーダ２２２０の基準位置との関係を図２（ｂ）、図３（ａ）及び図３（ｂ）に基づいて説明する。ここで図３（ａ）、図３（ｂ）は、方向検出装置本体２０００の視準方向と、ガイド光装置１０００のレーザーガイド光の方向が正しく一致している状態である。これに対して、図２（ａ）、図２（ｂ）は、方向検出装置本体２０００の視準方向と、ガイド光装置１０００のレーザーガイド光の方向とにズレ角θがある場合である。
【００５３】
回転偏光部２２１０の回転偏光板２２１１の偏光方向は、図２（ｂ）に示す様に、エンコーダ２２２０の基準位置と同様の方向に設定されている。また、望遠鏡手段２３００の視準方向と、エンコーダ２２２０の基準位置とが、一致する方向に基準位置検出用の第１の光センサー２２２１を配置する。この第１の光センサー２２２１の設置位置は、必ずしも視準方向に一致させる必要はなく、視準方向から所定の角度に設定してもよい。
【００５４】
この様に構成した場合には図３（ｂ）に示す様に、望遠鏡手段２３００の視準方向と、回転偏光板２２１１の偏光方向が一致した時に、第１の光センサー２２２１から基準位置信号が得られる様になっている。
【００５５】
更に、ガイド光装置１０００のガイド光の方向が、方向検出装置本体２０００の視準方向と一致していれば、基準信号発生時に受光部２２５０では、最大光量が検出されることになる。
【００５６】
なお、図３（ａ）及び図３（ｂ）では、インデックスの方向も一致しているが、インデックスは、視準方向と回転偏光板２２１１との方向が一致した出力がされる様に設定すればよい。基本的に、偏光照射手段の偏光方向と、回転偏光板２２１１の偏光方向の一致が検出できれば、方向検出装置本体２０００に対して、ガイド光装置１０００のレーザーガイド光の方向の方向と視準方向は、所定の設定がなされていればよい。
【００５７】
受光部２２５０で、回転偏光部２２１０を透過した光を光電変換すると、図４のａ’に示す様に、正弦波が表れる。即ち、ガイド光装置１０００の偏光板１４００の偏光方向（ガイド光の方向）と、方向検出装置本体２０００の回転偏光板２２１１の偏光方向とが、一致した場合には、正弦波のピークと、矢印で示す基準位置の信号が一致する。
【００５８】
そして図２（ａ）及び図２（ｂ）に示す様に、望遠鏡手段２３００の視準方向に対して、回転偏光板２２１１の偏光方向との間に、「ずれ角θ」がある場合には、受光部２２５０の出力波形は、図４のｂ’の様になる。そして、この「ずれ角θ」は、正弦波と基準位置信号の位相差を検出することにより、測定することができる。
【００５９】
ここで、受光部２２５０の出力波形の位相差の測定について、図５に基づいて詳細に説明する。
【００６０】
方向差検出手段２２００の電気的構成は、受光部２２５０と、フィルタ１００と、検波器２００と、Ａ／Ｄコンバータ３００と、加算器４００と、メモリ５００と、アドレスカウンタ６００と、回転数カウンタ７００と、ゲート８００と、ＣＰＵ９００と、ディスプレイ９１０と、リモコン９２０とからなっている。
【００６１】
なお、ＣＰＵ９００を含む電気回路が制御手段に該当するものである。
【００６２】
フィルタ１００は、第１の光源１１００の変調周波数に中心周波数を有するフィルタであり、受光部２２５０からの信号のノイズ成分を減少させるためのものである。
【００６３】
フィルタ１００を通過した信号は、検波器２００で包絡線検波される。この包絡線は、回転偏光板２２１１が回転していることにより表れる現象であり、検波器２００の出力信号は、図６の（ｃ）の様な波形となる。偏光特性から明かな様に、回転偏光板２２１１が１回転する毎に、検波器２００の出力信号は２波形表れる。なお、この出力波形は、電気系のノイズ、回転ムラ、回転偏光板２２１１の偏光特性の不均一、軸変動に伴う信号変動等により、ノイズを含んだ変動する波形となっている。
【００６４】
また図６の（ａ）は、基準位置を示すインデックスを検出するための第１の光センサー２２２１の出力信号であり、図６の（ｂ）は、基準位置からの角度を示す角度検出用のカウントを検出するための第２の光センサー２２２２の出力信号である。
【００６５】
第２の光センサー２２２２の出力信号は、Ａ／Ｄコンバータ３００とアドレスカウンタ６００に供給される。
【００６６】
そして検波器２００の出力信号は、第２の光センサー２２２２の出力信号に基づき、Ａ／Ｄコンバータ３００でＡ／Ｄ変換され、加算器４００に送られる。
【００６７】
加算器４００は、メモリ５００とＡ／Ｄコンバータ３００の出力を加算し、メモリ５００に供給している。この加算動作は、「重ね平均化」を行うための累積演算である。
【００６８】
エンコーダ２２２０の回転と、アドレスカウンタ６００との関係は、第２の光センサー２２２２から得られるパルス数が、エンコーダが１回転に付きＮ回の場合には、アドレスカウンタ６００をＮ／２進カウンタに構成する。このためメモリ５００は、信号波形の１周期毎に同じアドレスがアクセスされることになる。
【００６９】
第１の光センサー２２２１の出力信号は、回転数カウンタ７００に送出され、回転数カウンタ７００の内容が０の時には、ゲート８００を禁止状態にし、メモリ５００の内容が、加算器４００に入力しない様に構成されている。
【００７０】
即ち、エンコーダ２２２０の始めの１回転に関するＡ／Ｄコンバータ３００の出力信号は、そのままアドレスカウンタ６００のアクセスするメモリ５００に記憶され、２回転目からは、メモリ５００の内容との加算動作を行う様になっている。従って、２回転目以降の加算動作は、「重ね平均化」のための累積動作に相当するものである。
【００７１】
なお、回転数カウンタ７００が所定回数に達すると、ゼロの状態に復帰する様に構成されている。このゼロの状態の初めの１周期分は、メモリ５００からの出力が所定回数の累積結果を意味するものであるから、ＣＰＵ９００は、回転数カウンタ７００がゼロの状態となった時、アドレスカウンタ６００の内容と共に、メモリ５００の内容を１周期分読み取る様になっている。この「重ね平均化」操作を施した演算結果は、図６の（ｄ）の様になる。なお、この場合の横軸はアドレス、縦軸はデータ値である。
【００７２】
そしてＣＰＵ９００は、読み取られたデータに対してフーリエ変換を施し、信号のｓｉｎ成分、ｃｏｓ成分を抽出する。ここで、ｓｉｎ成分をＤｓ、ｃｏｓ成分をＤｃとすれば、基準方向検出信号（第１の光センサー２２２１の出力信号）に対する位相φは、
【００７３】
φ＝ｔａｎ-1（Ｄｓ／Ｄｃ）
【００７４】
により求めることができる。
【００７５】
従って、エンコーダ２２２０の基準位置の方向と、望遠鏡手段２３００の視準方向とを、所定の関係に設定すれば、位相φが、望遠鏡手段２３００の視準方向と、ガイド光装置１０００のガイド光の方向との「ずれ角θ」に対応させることができる。
【００７６】
本第１実施例では、偏光特性から、θ＝φ／２となる。そこで、ＣＰＵ９００は、θ＝φ／２の関係より「ずれ角θ」を演算し、ディスプレイ９１０に表示することができる。
【００７７】
この回転偏光板２２１１から得られた信号を重ねて平均化することにより、歪の少ない正弦波形を得ることができ、より高い精度の高い位相を求めることができる。
【００７８】
更にＣＰＵ９００は、リモコン９２０を介して、ガイド光装置１０００に「ずれ角θ」を０とするために必要な移動方向情報を送出し、ガイド光装置１０００がガイド光の方向の調整して、ＣＰＵ９００がφ＝０となったことを確認した場合には、リモコン９２０の動作を停止させる様になっている。
【００７９】
以上の様に構成された本第１実施例は、望遠鏡手段２３００の視準方向と、ガイド光装置１０００のガイド光の方向を一致させることができる。
【００８０】
従って、地上で望遠鏡手段２３００の視準し、方向を定めれば、地下においても、地上の視準方向と同一方向にガイド光を照射することができ、位置決めを行うことができる。
【００８１】
「第２実施例」
【００８２】
次に図７に基づいて、第２の実施例である方向検出装置２００００を説明する。この第２の実施例である方向検出装置２００００は、第１の実施例の方向検出装置１００００と異なり、光源が、方向検出装置本体２０００内に装備されている場合である。
【００８３】
方向検出装置本体２０００は、方向差検出手段２２００と、望遠鏡手段２３００と、ハーフミラー２４００と、第３の光源手段２５００と、第３のコリメートレンズ２５１０と、偏光板２５２０と、１／４波長板２６００とから構成されている。
【００８４】
ここで、第３の光源手段２５００と、第３のコリメートレンズ２５１０と、ハーフミラー２４００と、偏光板２５２０と、１／４波長板２６００とが、偏光照射手段に該当するものである。
【００８５】
ガイド光装置１０００は、偏光板１３００と、ミラー１６００と、第２のレーザー光源１４００と、第２のコリメートレンズ１５００とから構成されている。
【００８６】
ここで、偏光板１３００とミラー１６００とが、偏光反射手段に該当するものである。
【００８７】
第３のレーザー光源２５００は、鉛直光用の光源であり、第３のコリメートレンズ２５１０でコリメートされた後、偏光板２５２０で直線偏光光束となり、更に、１／４波長板２６００を通過する事により、円偏光となり、ハーフミラー２４００で反射され、下方に鉛直光として照射される様に構成されている。
【００８８】
ここで１／４波長板とは、直線偏光の偏光方向に対して、１／４波長板の複屈折軸を４５度傾けた状態で入射させた時、直線偏光を円偏光とすることができるものである。
【００８９】
なお第３の光源手段２５００が、半導体レーザーである場合には、既に直線偏光であるから、偏光板２７２０を省略することができる。
【００９０】
１／４波長板２６００を通過した円偏光は、ハーフミラー２４００を透過して鉛直下方に照射される。
【００９１】
そして下方に照射された円偏光光束は、適宜の調整機構により、上下左右に照射方向を調整可能に構成されており、本第２実施例では、正確に鉛直下方に照射される様に調整されている。
【００９２】
ガイド光装置１０００は、方向検出装置本体２０００から鉛直下方に照射されている円偏光光束を受光し、偏光板１３００を通過させる。偏光板１３００を通過した偏光光束は、第１実施例と同様に、ガイド光装置１０００から射出されるガイド光の方向に規定された直線偏光となる。この直線偏光は、ミラー１６００で反射され、再び、偏光板１３００を通過した後、方向検出装置本体２０００に向けて鉛直上方に射出される。
【００９３】
ガイド光装置１０００で反射された偏光光束は、方向検出装置本体２０００のハーフミラー２４００を通過し、方向差検出手段２２００に到達する様になっている。
【００９４】
以上の様に構成された第２実施例は、第１実施例と同様に、方向差検出手段２２００で、望遠鏡手段２３００の視準方向と、ガイド光装置１０００のガイド光の方向の「ずれ角θ」を演算することができる。
【００９５】
なお、第２実施例のその他の構成や作用は、第１実施例と同様であるから、説明を省略する。
【００９６】
また本第２実施例は、ガイド光装置１０００の偏光板１３００とミラー１６００とは、円偏光光束の略鉛直下方に配置されており、反射光のみが要求されるので、厳密な位置合わせは必要ないという効果がある。
【００９７】
「第３実施例」
【００９８】
次に図８に基づいて、第３の実施例である方向検出装置３００００を説明する。この第３の実施例である方向検出装置３００００は、第２の実施例の方向検出装置２００００と異なり、方向検出装置本体２０００から鉛直下方に照射される偏光光束が、直線偏光である場合である。
【００９９】
方向検出装置本体２０００は、方向差検出手段２２００と、望遠鏡手段２３００と、ハーフミラー２４００と、第３の光源手段２５００と、第３のコリメートレンズ２５１０と、偏光板２５２０とから構成されている。
【０１００】
ここで、第３の光源手段２５００と、第３のコリメートレンズ２５１０と、偏光板２５２０とが、偏光照射手段に該当するものである。
【０１０１】
ガイド光装置１０００は、偏光板１７００と、ミラー１６００と、第２のレーザー光源１４００と、第２のコリメートレンズ１５００とから構成されている。
【０１０２】
ここで、偏光板１７００とミラー１６００とが、偏光反射手段に該当するものである。
【０１０３】
本第３実施例の偏光板１７００は、１／２波長偏光板であり、反射ミラーと組み合わせ入射光の偏光方向を変えないで反射させる構成である。
【０１０４】
第３のレーザー光源２５００は、鉛直光用の光源であり、第３のコリメートレンズ２５１０でコリメートされた後、偏光板２５２０で直線偏光光束となり、ハーフミラー２４００で反射され、下方に鉛直光として照射される様に構成されている。なお偏光板２５２０の偏光方向は、望遠鏡手段２３００の視準方向と一致させる必要がある。
【０１０５】
偏光板２５２０を通過した直線偏光光束は、ハーフミラー２６００で反射され鉛直下方に照射される。
【０１０６】
ガイド光装置１０００は、方向検出装置本体２０００から鉛直下方に照射されている直線偏光光束を受光し、偏光板１７００を通過させる。偏光板１７００は、１／２波長偏光板であるから、望遠鏡手段２３００の視準方向と、ガイド光装置１０００のガイド光の方向との「ずれ角θ」を２倍に拡大させることができる。
【０１０７】
偏光板１７００を通過した直線偏光光束は、ミラー１６００で反射され、再び、偏光板１７００を通過した後、方向検出装置本体２０００に向けて鉛直上方に射出される。
【０１０８】
方向検出装置本体２０００のハーフミラー２６００が、ガイド光装置１０００で反射された偏光光束を方向差検出手段２２００に導く様になっている。
【０１０９】
以上の様に構成された第３実施例は、第２実施例と同様に、方向差検出手段２２００で、望遠鏡手段２３００の視準方向と、レーザーガイド装置１０００のガイド光の方向の「ずれ角θ」を２倍の誤差角度で演算することができる。ここで、θ＝φ／４となる点は、第２実施例と異なる。
【０１１１】
なお、第３実施例のその他の構成や作用は、第２実施例と同様であるから、説明を省略する。
【０１１２】
「第４実施例」
【０１１３】
次に図９に基づいて、第４の実施例である方向差検出手段２２９０を説明する。この第４の実施例である方向差検出手段２２９０は、回転偏光部２２１０における回転偏光板２２１１の代わりに、回転１／２波長偏光板２２１１Ａを使用したものである。
【０１１４】
方向差検出手段２２９０は、回転偏光部２２１０と、エンコーダ２２２０と、偏光板２２１２と、集光レンズ２２３０と、絞り２２４０と、受光部２２５０とから構成されている。
【０１１５】
回転偏光部２２１０の回転偏光板２２１１の代わりに、回転１／２波長偏光板２２１１Ａを使用し、偏光板２２１２が追加されている。
【０１１６】
回転偏光部２２１１が１／２波長偏光板で構成されているため、入射光と射出光の偏光方向の角度差を２倍とすることができ、回転偏光部２２１０の回転が２倍になったのと同様であり、得られる正弦波の周期数が２倍とすることができる。従って、波形の位相測定精度を向上させることができる。
【０１１７】
なお、偏光板２２１２の偏光方向は、望遠鏡手段２３００の視準方向と特定の関係とする必要がある。
【０１１８】
また、アドレスカウンタ６００は、Ｎ／４進カウンタとなる。
【０１１９】
そして本第４実施例は、第１〜第３実施例に適用可能である。
【０１２０】
更に、第４実施例のその他の構成や作用は、第１〜第３実施例と同様であるから、説明を省略する。
【０１２１】
なお上記各実施例は、望遠鏡手段２３００の視準方向が水平方向であったが、視準方向を鉛直方向にすることもできる。
【０１２２】
そして本発明は、望遠鏡手段２３００の視準方向と、ガイド光装置１０００のガイド光の方向を一致させる方向検出装置としてもよく、望遠鏡手段２３００の視準方向と、ガイド光装置１０００のガイド光の方向との「ずれ角θ」を測定する装置としてもよい。
【０１２３】
また本発明は、所定の方向を設定するパイプレーザーや、ビル建築現場の柱の位置合わせ等に応用することができる。
【０１２４】
特にパイプレーザーは、下水管、ヒューム管等の設置作業のガイド光として用いられ、ガイド光を左右に調整することができる上、垂直方向に傾斜させることもできる。
【０１２５】
図１０は、パイプレーザー５００００をトンネル内に設置した例であり、地上のトランシット６００００に方向検出装置を内蔵させたものである。トランシット６００００の視準方向に合わせて、トンネル内でパイプの位置決めを行うことができる。
【０１２６】
【効果】
以上の様に構成された本発明は、ガイド光を照射するためのガイド光手段と、このガイド光の方向と目標とする方向との差を検出するための、前記ガイド光手段とは別体に形成される方向検出装置本体とからなり、前記ガイド光手段には、ガイド光の照射方向に対して方向が規定された偏光光束を前記方向検出装置本体に向けて照射するための偏光照射手段が設けられており、前記方向検出装置本体には、目標とする方向を視準するための視準手段と、前記偏光照射手段からの偏光光束を受光し、目標とする方向との差を検出するための方向差検出手段を備えており、この方向差検出手段は、偏光光束を透過させるための回転偏光板と、この回転偏光板を透過した偏光光束を集光させるための集光レンズと、この集光レンズで集光された偏光光束を受光するための受光部と、前記回転偏光板の位置及び回転を検出し、前記目標とする方向に対する基準位置を検出するためのエンコーダ手段とを備えるので、大掛かりな装置を必要とせず、累積誤差も蓄積されずに高精度な位置決めができる上、立坑等の径を小さくすることができるという効果がある。
【０１２７】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を説明する図である。
【図２（ａ）】ガイド光と偏光板の偏光方向を説明する図である。
【図２（ｂ）】基準位置と回転偏光板の偏光方向を説明する図である。
【図３（ａ）】ガイド光と偏光板の偏光方向を説明する図である。
【図３（ｂ）】基準位置と回転偏光板の偏光方向を説明する図である。
【図４】受光部２２５０の出力波形を説明する図である。
【図５】電気的構成を説明する図である。
【図６】演算結果を説明する図である。
【図７】本発明の第２実施例を説明する図である。
【図８】本発明の第３実施例を説明する図である。
【図９】本発明の第４実施例を説明する図である。
【図１０】本発明の使用例を説明する図である。
【図１１】従来技術を説明する図である。
【符号の説明】
１００００  第１実施例である方向検出装置
２００００  第２実施例である方向検出装置
３００００  第３実施例である方向検出装置
２２９０  第４実施例の方向差検出手段
１０００  ガイド光装置
１１００  第１のレーザー光源
１２００  第１のコリメートレンズ
１３００  偏光板
１４００  第２のレーザー光源
１５００  第２のコリメートレンズ
１６００  ミラー
１７００  偏光板
２０００  方向検出装置本体
２１００  位置検出手段
２２００  方向差検出手段
２２１０  回転偏光部
２２１１  回転偏光板
２２１１Ａ  回転１／２波長板
２２１２  偏光板
２２２０  エンコーダ
２２３０  集光レンズ
２２４０  絞り
２２５０  受光部
２３００  望遠鏡手段
２４００  ハーフミラー
２５００  第３の光源手段
２５１０  第３のコリメートレンズ
２５２０  偏光板
２６００  １／４波長板
１００  フィルタ
２００  検波器
３００  Ａ／Ｄコンバータ
４００  加算器
５００  メモリ
６００  アドレスカウンタ
７００  回転数カウンタ
８００  ゲート
９００  ＣＰＵ
９１０  ディスプレイ
９２０  リモコン
【図１】
0003689873.tif 000002
【図２（ａ）】
0003689873.tif 000003
【図２（ｂ）】
0003689873.tif 000004
【図３（ａ）】
0003689873.tif 000005
【図３（ｂ）】
0003689873.tif 000006
【図４】
0003689873.tif 000007
【図６】
0003689873.tif 000008
【図５】
0003689873.tif 000009
【図７】
0003689873.tif 000010
【図８】
0003689873.tif 000011
【図９】
0003689873.tif 000012
【図１０】
0003689873.tif 000013
【図１１】
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