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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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1.
Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Leitstrahlrichtungs-Einstellvorrichtung,
die die Richtung der Emission des von einem Führungsstrahlgenerator emittierten
Führungsstrahls
mit der Richtung der Einstellung einer Vermessung ausrichtet, um
die Emissionsrichtung des Führungsstrahls vorzuschreiben,
und insbesondere auf eine Führungsstrahlrichtungs-Einstellvorrichtung,
die in der Lage ist, bei einem Tunnelgrabvorgang angewendet zu werden.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Es
gibt ein Verfahren der Tunnelherstellung, bei dem Rohre wie Hume-Betonrohre
und metallische Stahlrohre an einer Position fester Tiefe von dem
Erdboden verlegt werden. Als dieses Herstellungsverfahren ist ein offenes
Schneidverfahren bekannt, bei dem Rohrgräben an einer Position fester Tiefe
von dem Erdboden gegraben und Rohre verlegt werden. Es ist auch
ein Grabvortriebsverfahren bekannt, bei dem Rohrtunnel an einem
Ort fester Tiefe von dem Erdboden gegraben und Rohre nacheinander
durch Einpressen verbunden werden. Bei diesem Herstellungsverfahren
wird eine Vermessung durchgeführt,
um die Richtung zu bestimmen, in der die Rohre verlegt werden.
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1 illustriert
schematisch eine herkömmliche
Leitstrahlrichtungs-Einstellvorrichtung zum Bestimmen der Richtung,
in der das Rohr verlegt wird. In der Figur bezeichnet die Bezugszahl 1 eine
vertikale Grube, die Bezugszahl 2 eine Vermessungsvorrichtung
wie einen Theodoliten, der auf der Erdoberfläche GL installiert ist, und
die Bezugszahl 3 eine Vermessungsvorrichtung, die an einer
Stelle fester Tiefe von dem Erdboden installiert ist. Die Vermessungsvorrichtung 2 wird
als eine Kollimationsrichtungsvorrichtung verwendet.
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Ein
Hängerahmen 4 ist
auf der Erdoberfläche GL
als eine Senkbleivorrichtung installiert. Am Hängerahmen 4 hängen zwei
Gewichte 6 mittels zwei Hängedrähten 5. Die zwei Hängedrähte 5 sind
so durch die Gewichte 6 unter Spannung gehalten, dass sie
zueinander parallel sind. Das Gewicht 6 ist in Flüssigkeit 7 wie Öl mit hoher
Viskosität
eingetaucht, um die Oszillation wie seitliche und vertikale Schwingungen
des Hängedrahts 5 zu
vermeiden.
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Eine
Bedienungsperson bestimmt eine Kollimationsrichtung L gemäß einem
Rohrverlegungsplan und betätigt
den Hängerahmen 4 derart,
dass die zwei Hängedrähte 5 überlagert
sind und als ein Signaldraht gesehen wer den. Auf diese Weise wird
eine imaginäre
Ebene enthaltend die Kollimationsrichtung L gebildet. Beispielsweise
wird ein Theodolit oder ein Nivellierinstrument als die Vermessungsvorrichtung 3 verwendet.
Die Vermessungsvorrichtung 3 stellt die Kollimation so
ein, dass die Hängedrähte 5 als
einander überlagert
gesehen werden. Auf diese Weise wird die Kollimationsrichtung L,
so wie sie auf dem Erdboden gesehen wird, mit der Kollimationsrichtung,
so wie sie unter dem Erdboden gesehen wird, ausgerichtet. Diese
Kollimationsrichtung wird als eine Grabrichtung angenommen.
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Auch
kann, wenn ein Leitstrahlgenerator vorgesehen ist, der einen Leitstrahl
in einer Richtung emittiert, die mit der Kollimationsrichtung der
Vermessungsvorrichtung 3 ausgerichtet ist, die Grabrichtung
auf der Grundlage der Richtung der Emission des Leitstrahls vorgeschrieben
werden. Wenn der Grabvorgang für
den Tunnel 8 auf der Grundlage der Kollimationsrichtung
dieser Vermessungsvorrichtung 3 (oder des Leitstrahls)
durchgeführt
wird, kann das Rohrverlegen entsprechend den Plänen durchgeführt werden.
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Jedoch
ist die herkömmliche
Richtungseinstellvorrichtung, bei der die Kollimationsrichtung der Vermessungsvorrichtung 3 (oder
die Emissionsrichtung des Leitstrahls) und die Kollimationsrichtung
L durch Verwendung einer Senkbleivorrichtung miteinander ausgerichtet
werden, sehr aufwendig. Zusätzlich
benötigt
der Vorgang der Ausrichtung der Kollimationsrichtung (oder der Emissionsrichtung
des Leitstrahls) mit der Kollimationsrichtung L Zeit. Weiterhin
ist bei dieser herkömmlichen
Richtungseinstellvorrichtung die Größe der vertikalen Grube 1 beschränkt aufgrund
bestehender Straßenverhältnisse, und
daher kann die Basislän ge
(d.h., der Abstand zwischen zwei Hängedrähten 5) nicht frei
vergrößert werden.
Wenn daher das Kopieren der Vermessung von der Erdoberfläche GL in
die Grube 1 und von der Grube 1 in den Tunnel 8 durchgeführt wird,
wird ein kumulativer Fehler erheblich.
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Die
US-A-4 175 861 beschreibt ein System für die Ausrichtung eines Laserstrahl-Generatorinstruments
und eines entfernt angeordneten Sichtinstruments, das eine auf einem
dieser Instrumente befestigte Projektionsvorrichtung aufweist, die
einen Lasergenerator zum Erzeugen eines Laserstrahls und ein festes
optisches Teil, das in den Pfad des Laserstrahls gebracht ist, aufweist
und einen fächerförmigen Strahl
auf die Längsachse
des anderen Instruments projiziert, eine Empfangsvorrichtung mit
einem Paar von Fenstern, die mit geschliffenen Glasschirmen versehen
sind, die im gegenseitigen Abstand entlang der Längsachse der Empfangsvorrichtung angeordnet
sind, die ein Bild von axial versetzten Teilen des fächerförmigen Strahls
auf den geschliffenen Glasschirmen bilden, ein System von optischen
Elementen, die die fächerförmigen Strahlbilder
von jedem der Schirme unter Winkeln ablenken, die genau gleich sind,
und ein Okular, das für
die gleichzeitige Beobachtung der durch die optischen Elemente auf den
Schirmen gebildeten Strahlbilder positioniert ist, aufweist.
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Das
optische System enthält
ein fünfseitiges Prisma
und ein 90°-Prisma,
deren Achsen normal zu den Hauptachsen der Instrumente sind und
die die fächerförmigen Strahlbilder,
die über
Reflektoren auf den Schirmen empfangen werden, um 90° reflektieren,
so dass eine relative Winkelbewegung der Hauptachse der Instrumente
bewirkt, dass die fächerförmigen Strahlbilder,
die auf den Schirmen erscheinen, sich in entge gengesetzten Richtungen
bewegen, wenn sie in dem Okular betrachtet werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wurde angesichts der vorgenannten Probleme
gemacht.
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Demgemäß ist es
eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Leitstrahlrichtungs-Einstellvorrichtung
vorzusehen, die in der Lage ist, die Emissionsrichtung eines Leitstrahls
leicht und schnell und mit hoher Genauigkeit mit der Kollimationsrichtung einer
Vermessung auszurichten.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
eine Leitstrahlrichtungs-Einstellvorrichtung enthaltend die Merkmale
des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausführungsbeispiele
dieser Vorrichtung sind in den Unteransprüchen definiert.
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Eine
Leitstrahlrichtungs-Einstellvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
weist auf:
einen Hauptkörper;
einen
Leitstrahlgenerator, der in dem Hauptkörper vorgesehen ist und ein
optisches Leitstrahl-Emissionssystem
zum Emittieren eines Leitstrahls aufweist;
ein optisches Anzeigestrahl-Emissionssystem,
das in dem Hauptkörper
vorgesehen ist, zum Emittieren eines linearen Anzeigestrahls mit
einer flachen räumlichen
Ausbreitung, die sich linear in der Emissionsrichtung des Leitstrahls
erstreckt; Kollimationsrichtungsmittel;
ein Paar von rückstrahlenden
Platten, die symmetrisch mit Bezug auf die Kollimationsrichtung
der Kollimati onsrichtungsmittel und im Abstand von dem Hauptkörper angeordnet
sind, welchen rückstrahlenden
Platten ausgerichtet sind für
die Reflexion des linearen Anzeigestrahls zu dem optischen Anzeigestrahl-Emissionssystem hin;
Erfassungsmittel,
die in dem Hauptkörper
vorgesehen sind für
die Erfassung des durch das Paar von rückstrahlenden Platten zu dem
optischen Anzeigestrahl-Emissionssystem
hin reflektierten Anzeigestrahls; und
Drehsteuermittel, die
in dem Hauptkörper
vorgesehen und geeignet sind für
das Schwingen des linearen Anzeigestrahls in der Richtung der beiden
rückstrahlenden
Platten, und zum Drehen und Steuern des optischen Anzeigestrahl-Emissionssystems
derart, dass die Emissionsrichtung des Leitstrahls mit einer Kollimationsrichtung
ausgerichtet ist, auf der Grundlage eines erfassten Ausgangssignals
der Erfassungsmittel.
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Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
sind zwei Paare von rückstrahlenden
Platten vorgesehen, und die rückstrahlenden
Platten befinden sich an symmetrischen Positionen mit Bezug auf eine
optische Achse des optischen Anzeigestrahl-Emissionssystems.
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Gemäß einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist der lineare Anzeigestrahl kreispolarisiertes Licht;
eines
der beiden Paare von rückstrahlenden
Platten ist mit einer Viertelwellenplatte versehen,
die Erfassungsmittel
sind mit einem polarisierenden Strahlenteiler versehen für die Trennung
des reflektierten linearen Anzeigestrahls in einen linearen Anzeigestrahl,
der von dem Paar von rückstrahlenden Platten
mit der Viertelwellenplatte reflektiert wird, und einen linearen
Anzeigestrahl, der von dem Paar von rückstrahlenden Platten ohne
Viertelwellenplatte reflektiert wird;
die Erfassungsmittel
sind mit einem Paar von Lichtempfangselementen versehen für den Empfang
von reflektierten Anzeigestrahlen, die durch den polarisierenden
Strahlenteiler getrennt wurden, und die Drehsteuermittel drehen
und steuern das optische Anzeigestrahl-Emissionssystem auf der Grundlage von
erfassten Ausgangssignalen des Paares von Lichtempfangselementen.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung wird im Einzelnen mit Bezug auf die begleitenden
Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 ist
ein Diagramm, das zur Erläuterung einer
herkömmlichen
Leitstrahlrichtungs-Einstellvorrichtung
zum Einstellen einer Richtung, in der Rohre verlegt werden, verwendet
wird;
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2 ist
eine schematische Ansicht, die eine andere Leitstrahlrichtungs-Einstellvorrichtung,
eine Rohrlaservorrichtung, die in einer vertikalen Grube installiert
ist, und eine Vermessungsvorrichtung, die oberhalb der Rohrlaservorrichtung
angeordnet wird, um einen Tunnelgrabvorgang zum Verlegen von Rohren
durchzuführen,
zeigt;
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3 ist
eine schematische Ansicht, die die Leitstrahlrichtungs-Einstellvorrichtung
nach 2 und die optische Beziehung zwischen dem Leitstrahlgenerator
und der Vermessungsvorrichtung zeigt;
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4 ist
eine teilweise vergrößerte Ansicht, die
zur Erläuterung
der Operation der in 3 gezeigten zylindrischen Linse
verwendet wird;
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5 ist
ein Diagramm, das die Positionsbeziehung zwischen einem optischen
Anzeigestrahl-Emissionssystem und Erfassungsmitteln zeigt und auch
zeigt, wie die Emissionsrichtung eines Leitstrahls und eine Kollimationsrichtung
in der Vorrichtung nach 2 ausgerichtet werden;
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6 ist
ein Diagramm, das eine Alternative des in 5 gezeigten
optischen Anzeigestrahl-Emissionssystems zeigt;
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7 ist
ein Diagramm, das eine Alternative zu den in 6 gezeigten
Erfassungsmitteln zeigt;
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8(a) ist ein Diagramm, das eine Alternative zu
der in 4 gezeigten zylindrischen Linse zeigt, bei der
zwei zylindrische Linsen im Abstand voneinander in der Emissionsrichtung
des Leitstrahls angeordnet sind und ein Parallelebenenbereich zwischen
den beiden zylindrischen Linsen gebildet ist;
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8(b) ist ein Diagramm, das eine andere Alternative
für die
in 4 gezeigte zylindrische Linse zeigt, bei der zwei
Paare von zylindrischen Linsen im Abstand voneinander in der Emissionsrichtung des
Leit strahls angeordnet sind und ein Parallelebenenbereich zwischen
den beiden Paaren von zylindrischen Linsen gebildet ist;
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9 ist
ein Diagramm, das eine Alternative zu dem in 4 gezeigten
optischen Anzeigestrahl-Emissionssystem zeigt;
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10 ist
eine Vorderansicht im Schnitt, die die detaillierte Ausbildung des
Leitstrahlgenerators in der Vorrichtung nach 2 zeigt;
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11 ist
eine Seitenansicht im Schnitt, die die detaillierte Ausbildung des
Leitstrahlgenerators in der Vorrichtung nach 2 zeigt;
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12(a) ist eine schematische Ansicht, die eine
weitere Leitstrahlrichtungs-Einstellvorrichtung und
die optische Beziehung zwischen dem Leitstrahlgenerator und der
Vermessungsvorrichtung zeigt;
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12(b) ist eine Draufsicht auf die in 12(a) gezeigte Blendenplatte;
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12(c) illustriert das Beugungsmuter eines durch
den in 12(b) gezeigten Schlitz gebeugten
Laserstrahls;
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13 ist
eine teilweise vergrößerte Ansicht,
die zur Erläuterung
der Operation der in 12 gezeigten
zylindrischen Linse verwendet wird;
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14 ist
ein schematisches Diagramm, das die Positionsbeziehung zwischen
dem optischen Anzeigestrahl-Emissionssystem und den Erfassungsmitteln
zeigt und auch zeigt, wie die Emissionsrichtung des Leitstrahls
und die Kollimationsrichtung ausgerichtet werden;
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15(a) ist eine schematische Ansicht, die eine
Leitstrahlrichtungs-Einstellvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt und aufzeigt, wie ein linearer
Anzeigestrahl reflektiert wird;
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15(b) ist eine schematische Ansicht, die die ebenen
Positionsbeziehung des reflektierenden Systems nach 15(a) zu der zylindrischen Linse und den Fall,
in welchem die Kollimationsrichtung L und die Richtung, in der sich
der lineare Anzeigestrahl K erstreckt, ausgerichtet wurden, zeigt;
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15(c) ist eine schematische Ansicht, die die ebenen
Positionsbeziehung des reflektierenden Systems nach 15(a) zu der zylindrischen Linse und den Fall,
in welchem die Kollimationsrichtung L und die Richtung, in der sich
der lineare Anzeigestrahl K erstreckt, nicht ausgerichtet wurden,
zeigt;
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16(a) ist eine schematische Ansicht, die eine
Leitstrahlrichtungs-Einstellvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung und den Zu stand, in welchem rückstrahlende
Platten angeordnet wurden, zeigt;
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16(b) ist eine schematische Ansicht, die die Leitstrahlrichtungs-Einstellvorrichtung
gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
und die Beziehung zwischen dem optischen Anzeigestrahl-Emissionssystem
und den rückstrahlenden
Platten zeigt;
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16(c) ist ein Diagramm, das zum Erläutern des
erfassten Ausgangssignals eines in 17 gezeigten
Lichtempfangselements verwendet wird;
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17 ist
ein schematisches Diagramm, das die Beziehung zwischen dem optischen
Anzeigestrahl-Emissionssystem, den Erfassungsmitteln und den in 16(b) gezeigten Drehsteuermitteln zeigt;
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18(a) ist eine schematische Ansicht, die eine
Leitstrahlrichtungs-Einstellvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel
gemäß der vorliegenden
Erfindung und den Zustand, in welchem rückstrahlende Platten angeordnet
wurden, zeigt;
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18(b) ist eine schematische Ansicht, die die Leitstrahlrichtungs-Einstellvorrichtung
gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel
und die Beziehung zwischen dem optischen Anzeigestrahl-Emissionssystem
und den rückstrahlenden
Platten zeigt;
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18(c) ist ein Diagramm, das zum Erläutern des erfassten
Ausgangssignals eines in 19 gezeigten
Lichtempfangselements verwendet wird;
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19 ist
ein schematisches Diagramm, das die Beziehung zwischen dem optischen
Anzeigestrahl-Emissionssystem, den Erfassungsmitteln und den in 18(b) gezeigten Drehsteuermitteln zeigt; und
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20 ist
ein Diagramm, das eine Alternative zu dem Zustand, in welchem die
rückstrahlenden Platten
angeordnet wurden, zeigt.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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In
den 2 und 3 ist eine Leitstrahlrichtungs-Einstellvorrichtung
zur besseren Erläuterung
der Erfindung gezeigt. In 2 ist die
Bezugszahl 10 eine vertikale Grube, 11 eine Vermessungsvorrichtung
wie ein Theodolit, die auf der Erdoberfläche GL installiert ist, und 12 ist
ein Leitstrahlgenerator. Ein Rohrlaser wird als der Leitstrahlgenerator 12 verwendet.
Die vertikale Grube 10 ist beispielsweise mit einer Eisenplatte
(nicht gezeigt) abgedeckt. Die Vermessungsvorrichtung 11 ist
auf der Eisenplatte (nicht gezeigt) angeordnet. Der Leitstrahlgenerator 12 ist
direkt unter der Vermessungsvorrichtung 11 angeordnet.
Die Eisenplatte hat beispielsweise ein Loch, das direkt unter der
Vermessungsvorrichtung 11 ausgebildet ist.
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Die
Vermessungsvorrichtung 11 wird als Kollimationsrichtungsmittel
zum Bestimmen einer Kollimationsrichtung L verwendet. In den 2 und 3 bezeichnet
die Bezugszahl 13 ein Einstellteleskop. Der in 3 gezeigte
Leitstrahlgenerator 12 hat ein optisches Leitstrahl-Emissionssystem 14 zum Emittieren
eines Laserstrahls P als ein Leitstrahl und ein optisches Anzeigestrahl-Emissionssystem 15 zum
Emittieren eines Anzeigestrahls K. Der Anzeigestrahl K hat eine
flache räumliche
Ausbreitung in der Richtung der Emission des Leitstrahls P. Das
optische Leitstrahl-Emissionssystem 14 ist
grob aus einer Laserstrahlquelle 16 und einer Kollimatorlinse 17 zusammengesetzt.
Die Kollimatorlinse 17 führt eine Parallelrichtung des
von der Laserstrahlquelle 16 emittierten Laserstrahls durch.
Das optische Anzeigestrahl-Emissionssystem 15 ist
grob aus einer Laserstrahlquelle 18, einer Kollimatorlinse 19 und
einer zylindrischen Linse 20 zusammengesetzt.
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Das
optische Anzeigestrahl-Emissionssystem 15 emittiert einen
Laserstrahl P' in
der vertikalen Richtung hiervon. Der emittierte Laserstrahl P' wird durch die Kollimatorlinse 19 parallel
gerichtet und wird dann zu der zylindrischen Linse 20 geleitet.
Die zylindrische Linse 20 wandelt den parallel gerichteten
Laserstrahl P' in
einen Anzeigestrahl K um, der eine flache räumliche Ausbreitung in der
Emissionsrichtung des Leitstrahls P hat. Somit hat die zylindrische
Linse 20 eine Brechkraft zum räumlichen Vergrößern des
Anzeigestrahls K in der Emissionsrichtung des Leitstrahls P. Der
hier verwendete Anzeigestrahl K wird als ein Laserstrahl LO genommen
(siehe 4), der als sich in der Emissionsrichtung des Leitstrahls
P linear erstreckend gesehen wird, wenn er von der Installationsseite
der Vermessungsvorrichtung 11 aus betrachtet wird. Der
Anzeigestrahl K breitet sich auch in der Form eines Fächers in
einer vertikalen Ebene aus.
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Ein
Parallelebenenbereich 21 ist, wie im vergrößerten Maßstab in 4 gezeigt
ist, auf dem mittleren oberen Bereich der zylindrischen Linse 20 ausgebildet.
Ein Teil des Anzeigestrahls K wird durch diesen Parallelebenenbereich 21 durchgelassen
und wird dann in einen Punktstrahl S umgewandelt. Der Punktstrahl
S erfüllt
eine Rolle des Vorschreibens einer optischen Achsenmitte (d.h.,
die Mitte einer Kugel). Der Punktstrahl S wird durch ein sphärisches Mittenteleskop 22 der
Vermessungsvorrichtung 11 erkannt. Es ist festzustellen,
dass das sphärische Mittenteleskop 22 die
Drehmitte der Vermessungsvorrichtung 11 als ihre optische
Achse hat. Daher ist die Drehmitte der Vermessungsvorrichtung 11 mit
der optischen Achse des optischen Anzeigestrahl-Emissionssystems 15 ausgerichtet.
Die Vermessungsvorrichtung 11 ist integral mit einem Paar
von im Abstand angeordneten Streuplatten 23 versehen.
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Das
Paar von Streuplatten 23 ist, wie in 5 gezeigt
ist, jeweils mit dreieckigen Bezugsskalen 24 versehen.
Durch Verbinden der Scheitelpunkte dieses Paares von Bezugsskalen 24 wird
die Linie Q definiert. Die Richtung dieser Linie Q ist parallel
zu der Kollimationsrichtung L. Das Paar von Streuplatten 23 erfüllt eine
Rolle als Erfassungsmittel, die den Anzeigestrahl K (linearer Laserstrahl
LO) erfassen und die Richtung der Emission des Leitstrahls P vorschreiben.
Es ist festzustellen, dass, wenn die Streuplatte 23 vor
dem sphärischen
Mittenteleskop 22 so vorgesehen ist, dass der Punktstrahl
S indirekt parallel gerichtet werden kann, die Erkennung des Punktstrahls
S noch leichter wird.
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Der
Anzeigestrahl K (linearer Laserstrahl LO) wird auf die Streuplatten 23 projiziert.
Eine Bedienungsperson dreht den Leitstrahlgenerator 12 so, dass
der Anzeigestrahl K (linearer Laserstrahl LO) mit den Bezugsskalen 24 ausgerichtet
ist, während sie
den Anzeigestrahl K (linearer Laserstrahl LO), der auf die Streuplatten 23 projiziert
wird, betrachtet. Dieser Vorgang kann die Emissionsrichtung des
Leitstrahls P und die Kollimationsrichtung L zueinander ausrichten.
Wenn der Abstand zwischen dem Paar von Streuplatten 23 vergrößert wird,
dann wird die Basislänge
entsprechend vergrößert. Durch
diese Operation kann die Ausrichtungsgenauigkeit zwischen der Emissionsrichtung
des Leitstrahls P und der Kollimationsrichtung L vergrößert werden.
Wenn jedoch der Abstand zwischen dem Paar von Streuplatten 23 vergrößert wird,
wird der Abstand zwischen Erfassungsmitteln entsprechend vergrößert. Daher
sind, wie in 6 gezeigt ist, reflektierende Spiegel 25 und 26 so
vorgesehen, dass der Anzeigestrahl K direkt unter der Vermessungsvorrichtung 11 fokussiert
wird. Wenn die Erfassungsmittel in dieser Weise ausgebildet sind,
kann die Ausrichtungsgenauigkeit zwischen der Emissionsrichtung
des Leitstrahls P und der Kollimationsrichtung L erhöht werden
ohne Vergrößerung der
Abmessungen der Erfassungsmittel. Bei diesem Ausführungsbeispiel betrachtet
die Bedienungsperson direkt die Streuplatten 23, um die
Emissionsrichtung des Leitstrahls P und die Kollimationsrichtung
L zueinander auszurichten. Jedoch können, wie in 7 gezeigt
ist, die Positionen, an denen der Anzeigestrahl K empfangen wird,
erfasst werden durch Verwenden eines Paares von Lichtempfangselementen 27,
wie Liniensensoren, Bereichssensoren und CCDs, anstelle der Verwendung
der Streuplatten 23. In dem Fall werden die Strahlempfangspositionen
auf einem Schirm dargestellt, auf der Grundlage der Ausgangssignale
der Lichtempfangsele mente 27. Dann wird die Versetzung
gegenüber
der Bezugsskala 24 auf dem Schirm korrigiert, während der
Schirm betrachtet wird, und die Emissionsrichtung des Leitstrahls
P und die Kollimationsrichtung L werden zueinander ausgerichtet. Auch
kann auf der Grundlage der Ausgangssignale der Lichtempfangselemente 27 der
Leitstrahlgenerator 12 ferngesteuert werden, so dass die
Emissionsrichtung des Leitstrahls P und die Kollimationsrichtung
L automatisch zueinander ausgerichtet werden.
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Die
zylindrische Linse 20 kann zusätzlich zu der in 4 gezeigten
Form in den in den 8(a) und 8(b) gezeigten
Formen ausgebildet sein. 8(a) illustriert
ein Beispiel, bei dem zwei zylindrische Linsen 20 in der
Emissionsrichtung des Leitstrahls P im Abstand voneinander angeordnet
sind, und 8(b) illustriert ein Beispiel,
bei dem zwei Paare von zylindrischen Linsen 20 in der Emissionsrichtung
des Leitstrahls P im Abstand voneinander angeordnet sind. In beiden
Fällen
ist ein Parallelebenenbereich 21 in dem mittleren Bereich
zwischen den zylindrischen Linsen 20 zum Bilden des Punktstrahls S
ausgebildet. Wenn die zylindrische Linse 20 mit der in 4 gezeigten
Form verwendet wird, wird der Anzeigestrahl K auf der rechten Seite
blockiert, wenn der linke Halbbereich der zylindrischen Linse 20 (angezeigt
durch das Bezugszeichen q')
einen Fleck aufweist. Aus diesem Grund ist die Symmetrie des Anzeigestrahls
K mit Bezug auf den Punktstrahl S verschlechtert. Wenn die Symmetrie
des Anzeigestrahls K mit Bezug auf den Punktstrahl S verschlechtert
ist, wird die Überlagerung
zwischen der Kollimationsrichtung L und dem Leitstrahl P schwierig.
Wenn jedoch die zylindrischen Linsen 20 mit den in 8(a) und 8(b) gezeigten
Formen verwendet werden, wird die Symmetrie des An zeigestrahls K
mit Bezug auf den Punktstrahl S durch eine zylindrische Linse 20 aufrechterhalten,
selbst wenn die andere zylindrische Linse 20 einen Fleck
an einer Position q' hat.
Daher kann die Überlagerung
zwischen der Kollimationsrichtung L und dem Leitstrahl P ohne Schwierigkeit durchgeführt werden.
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Zusätzlich kann,
wie in 9 gezeigt ist, eine Maske 29 mit einem
Schlitz 28 vor oder nach der zylindrischen Linse 20 vorgesehen
sein, um den Punktstrahl S des Anzeigestrahls K und den Ausbreitungsbereich
des Anzeigestrahls K zu definieren. Auf diese Weise wird die Bestätigung des
Punktstrahls S noch leichter.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
wurde die zylindrische Linse 20 verwendet zum Ausbilden
des linearen Anzeigestrahls K, der eine flache räumliche Ausbreitung in der
Emissionsrichtung des Leitstrahls P hat. Jedoch kann ein optisches
Beugungsglied anstelle der zylindrischen Linse 20 verwendet
werden. Auch in dem Fall, in welchem die Laserquelle 18 einen
Halbleiterlaser aufweist, hat der Laserstrahl einen großen Ausbreitungswinkel
in der Richtung senkrecht zu einer Parallelrichtung mit der Verbindung
hiervon, so dass bewirkt wird, dass die Richtung, in der der Ausbreitungswinkel
groß ist,
der Emissionsrichtung des Leitstrahls P entspricht. Auf diese Weise
kann die Ausbildung des optischen Anzeigestrahl-Emissionssystems 15 im
Vergleich mit einem Laser mit einem kreisförmigen Laserstrahl wie einem
He-Ne-Laser vereinfacht werden. Zusätzlich wird in dem Fall, in
welchem ein Dreipunkt-Lichtemissionstyp (Mehrpunkt-Lichtemissionstyp)
als ein Halbleiterlaser verwendet wird, bewirkt, dass die Richtung der
Anordnung der Lichtemissionspunkte der Emissionsrichtung des Leit strahls
P entspricht. Somit kann der Anzeigestrahl K mit einer räumlichen
Ausbreitung in der Emissionsrichtung des Laserstrahls P leicht gebildet
werden.
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Die 10 und 11 zeigen
die detaillierte Ausbildung einer Rohrlaservorrichtung, die als
der Leitstrahlgenerator 12 verwendet wird. In diesen Figuren
bezeichnet die Bezugszahl 30 eine kastenförmige Außenrahmenstruktur.
Die Außenrahmenstruktur 30 hat
einen U-förmigen
Hängerahmen 31 (auch als
der Hauptkörper
des optischen Systems bezeichnet), der daran befestigt ist. Der
U-förmige
Hängerahmen 31 hat
ein Paar von gegenüberliegenden
sphärischen
Sitzen 32, die in den inneren gegenüberliegenden Seiten hiervon
ausgebildet sind, und die Sitze 32 haben jeweils horizontale
Achsenmitten. Sphärische
Achsenbereiche 34 sind auf den gegenüberliegenden Oberflächen eines
rechteckigen Körpers 33 gebildet,
der einen Teil des optischen Leitstrahl-Emissionssystems 14 bildet,
und sie sind in die sphärischen
Sitze 32 eingepasst. Somit ist der rechteckige Körper 33 in
drei Achsenrichtungen drehbar. Der sphärische Achsenbereich 34 hat
an seiner Vorderseite eine sphärische
Gestalt, die mit dem sphärischen
Sitz 32 in Eingriff ist. Die der in der Nähe gelegene
Bereich des sphärischen
Achsenbereichs 34 ist zylindrisch. Eine oszillierende Rahmenstruktur 35 ist an
dem zylindrischen Bereich des sphärischen Achsenbereichs 34 des
rechteckigen Körpers 33 so
befestigt, dass sie frei drehbar ist. Die sphärischen Achsenbereiche 34 sind
mit horizontalen Stiften 36 und 37 versehen, die
jeweils in entgegengesetzten Richtungen vorstehen. Die äußere Rahmenstruktur 30 ist mit
einer horizontalen Drehantriebseinheit 38 auf der Seite
des Stifts 36 und einer Verdreheinheit 39 auf der
Seite des Stifts 37 versehen. Von der hinteren Endfläche des
rechteckigen Körpers 30 steht
ein Stift 40 ab. Die äußere Rahmenstruktur 30 ist
mit einer Hubeinheit 41 versehen, die den rechteckigen
Körper 33 über diesen
Stift 40 anhebt.
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Die
horizontale Drehantriebseinheit 38 hat ein Getriebe 42,
eine Führungswelle 43,
eine Schraubenwelle 44, einen Gleiter 45 und einen
Motor 46 für die
horizontale Einstellung. Das Getriebe 42 ist an dem U-förmigen Hängerahmen 31 befestigt.
Die Führungswelle 43 steht
horizontal von dem Getriebe 42 ab. Die Schraubenwelle 44 erstreckt
sich parallel zu der Führungswelle 43.
Der Gleiter 45 kämmt
mit der Schraubenwelle 44 und ist auch auf der Führungswelle 43 eingesetzt,
so dass er frei gleitbar ist. Der Motor 46 dreht die Schraubenwelle 44 über das
Getriebe 42. Ein Eingriffsstift 47 steht aufrecht
in dem Gleiter 45 und ist in Eingriff mit dem Stift 36 des
rechteckigen Körpers 33,
so dass er frei gleitbar ist. Der Stift 36 des rechteckigen
Körpers 33 wird
so durch eine Feder (nicht gezeigt) vorgespannt, dass er immer an
dem Eingriffsstift 47 anliegt.
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Wenn
der Motor 46 angetrieben wird, um sich zu drehen, wird
die Schraubenwelle 44 gedreht. Die Drehung der Schraubenwelle 44 bewirkt,
dass der Gleiter 45 horizontal bewegt wird. Die horizontale Versetzung
dieses Gleiters 45 wird über den Eingriffsstift 47 zu
dem Stift 36 des rechteckigen Körpers 33 übertragen,
so dass der rechteckige Körper 33 (optisches
Leitstrahl-Emissionssystem 14) integral mit der oszillierenden
Rahmenstruktur 35 horizontal gedreht wird.
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Die
Verdrehantriebseinheit 39 hat eine Getriebe 48,
eine Führungswelle 49,
eine Schraubenwelle (nicht gezeigt), einen Gleiter 50 und
einen Verdrehmotor 51. Das Getriebe 48 ist an
dem U-förmigen
Hängerahmen 31 auf
der entgegengesetzten Seite der vorgenannten horizontalen Drehantriebseinheit 38 befestigt.
Die Führungswelle 49 erstreckt sich
vertikal nach unten von der unteren Oberfläche des Getriebes 48.
Die vorgenannte Schraubenwelle (nicht gezeigt) erstreckt sich parallel
zu der Führungswelle 49.
Die Schaubenwelle kämmt
mit dem Gleiter 50, und die Führungswelle 49 ist
in den Gleiter 50 so eingepasst, dass der Gleiter 50 frei
gleiten kann. Der Motor 51 treibt die Schraubenwelle so
an, dass sie sich dreht.
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Ein
Eingriffsstift 52 steht aufrecht in dem Gleiter 50 und
ist in Eingriff mit dem Stift 37 des rechteckigen Körpers 33,
so dass er frei gleitbar ist. Der Stift 37 des rechteckigen
Körpers 33 wird
durch eine Feder 53 nach unten vorgespannt, so dass er
immer an dem Eingriffsstift 52 anliegt. Wenn der Motor 51 angetrieben
wird, um sich zu drehen, wird die Schraubenwelle gedreht. Die Drehung
der Schraubenwelle bewirkt, dass der Gleiter 50 sich vertikal
bewegt. Die vertikale Versetzung dieses Gleiters 50 wird über den
Eingriffsstift 52 zu dem Stift 37 des rechteckigen
Körpers 33 übertragen,
so dass der rechteckige Körper 33 (optisches
Leitstrahl-Emissionssystem 14) verdreht und integral mit
der oszillierenden Rahmenstruktur 35 gedreht wird.
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Die
Hubantriebseinheit 41 hat ein Getriebe 55, eine
Führungswelle 56,
eine Schraubenwelle (nicht gezeigt), einen Gleiter 57 und
einen Motor 58 für
den Hub. Das Getriebe 55 ist durch einen Träger 54 an
der äußeren Rahmenstruktur 30 befestigt.
Die Führungswelle 56 steht
vertikal von dem Getriebe 55 ab. Die Schraubenwelle (nicht
gezeigt) erstreckt sich parallel zu der Führungswelle 56. Die
Schraubenwelle (nicht gezeigt) kämmt
mit dem Gleiter 57, und die Führungswelle 56 ist
so in den Gleiter 57 eingepasst, dass der Gleiter 57 frei
gleiten kann. Der Motor 58 treibt die Schraubenwelle an,
so dass sie sich dreht. Ein Eingriffsstift 59 steht aufrecht
in dem Gleiter 57 und ist in Eingriff mit dem Stift 40 des
rechteckigen Körpers 33,
so dass er frei gleitbar ist. Der Stift 40 des rechteckigen
Körpers 33 wird
durch eine Feder 60 nach unten vorgespannt, so dass er
immer an dem Eingriffsstift 59 anliegt.
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Wenn
der Motor 58 angetrieben wird, um sich zu drehen, wird
die Schraubenwelle gedreht. Die Drehung der Schraubenwelle bewirkt,
dass der Gleiter 57 vertikal bewegt wird. Die vertikale
Versetzung dieses Gleiters 57 wird über den Eingriffsstift 59 zu dem
Stift 40 des rechteckigen Körpers 33 übertragen, so
dass der rechteckige Körper 33 (optisches
Leitstrahl-Emissionssystem 14)
integral mit der oszillierenden Rahmenstruktur 35 angehoben
wird.
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Eine
Winkeleinstelleinheit 62 ist auf der Seitenfläche des
rechteckigen Körpers 33 vorgesehen. Ein
Stift 61 ist nahe dem hinteren Ende der oszillierenden
Rahmenstruktur 35 vorgesehen und erstreckt sich parallel
zu dem Stift 36. Die Winkeleinstelleinheit 62 dreht
den rechteckigen Körper 33 (optisches
Leitstrahl-Emissionssystem 14)
relativ mit Bezug auf die oszillierende Rahmenstruktur 35 über den
Stift 61 und stellt den horizontalen Winkel des optischen
Leitstrahl-Emissionssystems 14 ein.
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D.h.,
die Winkeleinstelleinheit 62 hat ein Getriebe 63,
eine Führungswelle 64,
eine Schraubenwelle 65, einen Gleiter 66 und einen
Motor 67 für
die Winkeleinstellung. Das Getriebe 63 ist an der Seitenfläche des
rechteckigen Körpers 33 befestigt.
Die Führungs welle 64 steht
vertikal von dem Getriebe 63 ab. Die Schraubenwelle 65 erstreckt
sich parallel zu der Führungswelle 64.
Die Schraubenwelle 65 kämmt
mit dem Gleiter 66, und die Führungswelle 64 ist
so in den Gleiter 66 eingepasst, dass der Gleiter 66 frei
gleiten kann. Der Motor 67 dreht die Schraubenwelle 65 über das
Getriebe 63. Ein Eingreifsstift 68 steht aufrecht
in dem Gleiter 66 und ist in Eingriff mit dem Stift 61 der
oszillierenden Rahmenstruktur 35, so dass er frei gleitbar
ist. Der Stift 61 der oszillierenden Rahmenstruktur 35 wird
durch eine Feder 68a nach unten vorgespannt, so dass er
immer an dem Eingriffsstift 68 anliegt.
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Wenn
der Motor 67 angetrieben wird, wird der Gleiter 66 vertikal
bewegt. Die vertikale Versetzung des Gleiters 66 wird über den
Eingriffsstift 68 zu dem Stift 61 der oszillierenden
Rahmenstruktur 35 übertragen,
so dass die oszillierende Rahmenstruktur 35 mit Bezug auf
den rechteckigen Körper 33 angehoben
wird. Dieses Ausführungsbeispiel
ist durch Verwendung der sphärischen
Sitze in den drei Achsenrichtungen frei bewegbar. Jedoch kann eine
karganische Struktur verwendet werden, die die Verdrehoperation
ausschließt.
Gewöhnlich
wird die Drehung in der Verdrehrichtung manuell durchgeführt, wenn
der Leitstrahlgenerator 12 installiert wird.
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Der
Vorgang der Einstellung der Neigung des Leitlaserstrahls P durch
diese Rohrlaservorrichtung wird beschrieben. Die Vorrichtung wird
grob parallel installiert und betätigt. Dann führen die
Winkeleinstelleinheit 62 und die Hubeinheit 41 einen
Einstellvorgang so durch, dass ein später beschriebener Neigungssensor 76 und
der Leitstrahl P horizontal werden. Dies bewirkt, dass die Rohrlaservorrichtung ho rizontal
eingestellt wird, d.h., in einer Bezugsposition. Auf der Grundlage
dieser horizontalen Bezugsposition wird die oszillierende Rahmenstruktur 35 in einer
Richtung entgegengesetzt zu einem durch die Winkeleinstelleinheit 62 eingestellten
Winkel geneigt. Daher wird bewirkt, dass die Winkeleinstelleinheit 62 einen
geneigten Zustand erreicht. Als Nächstes wird, wenn der rechteckige
Körper 33 integral
mit der Winkeleinstelleinheit 62 durch die Hubeinheit 41 so
geneigt ist, dass der Neigungssensor 76 horizontal wird, der
Leitstrahl P bei dem eingesellten Winkel geneigt. Jedoch kann dieses
Einstellungsverfahren selbst in dem Fall, in welchem der Winkelerfassungsbereich des
Neigungssensors 76 eng ist, einen Neigungssensor direkt
neigen, wenn sein Erfassungswinkel breit ist.
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Das
optische Anzeigestrahl-Emissionssystem 15 bei diesem Ausführungsbeispiel
weist eine Lichtquelleneinheit 69 und die zylindrische
Linse 20 auf. Die Lichtquelleneinheit 69 ist in
dem unteren Bereich der oszillierenden Rahmenstruktur 35 vorgesehen.
Die Lichtquelleneinheit 69 ist grob durch eine Laserstrahlquelle 70,
einen reflektierenden Spiegel 71, einen Strahlenteiler 72 und
eine Kollimatorlinse 19 gebildet. Die Laserstrahlquelle 70 ist
in einer der gegenseitig gegenüberliegenden
Wandflächen
der oszillierenden Rahmenstruktur 35 vorgesehen. Der Strahlenteiler 72 ist
zwischen der Laserstrahlquelle 70 und dem reflektierenden
Spiegel 71 vorgesehen. Die Kollimatorlinse 19 befindet
sich zwischen dem Strahlenteiler 72 und der Laserstrahlquelle 70.
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Der
Strahlenteiler 72 hat eine Rolle des Teilens des von der
Laserstrahlquelle 70 emittierten Laserstrahls in einen
oberen und einen unteren Strahl in der ver tikalen Richtung. Wenn
der Strahl nur aufwärts
emittiert wird, kann ein reflektierender Spiegel anstelle des Strahlenteilers 72 verwendet
werden.
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Es
ist festzustellen, dass Löcher 73, 74 und 75 jeweils
in dem oberen und dem unteren Teil der oszillierenden Rahmenstruktur 35,
dem U-förmigen Hängerahmen 31 und
der äußeren Rahmenstruktur 30 ausgebildet
sind, um dem in der vertikalen Richtung emittierten Laserstrahl
P' (linearer Anzeigestrahl K)
zu ermöglichen,
vertikal hindurchzugehen. Zusätzlich
sind der Neigungssensor 76 zum Erfassen der Neigung der
Emissionsrichtung des Leitstrahls P und ein Neigungssensor 76', der sich in
der den Neigungssensor 76 kreuzenden Richtung erstreckt,
auf der oberen Oberfläche
der oszillierenden Rahmenstruktur 35 vorgesehen. Weiterhin
ist die vordere Oberfläche
der äußeren Rahmenstruktur 30 mit
einem Loch 77 ausgebildet, durch das der Leitstrahl P hindurchgeht.
Der untere Teil der äußeren Rahmenstruktur 30 ist
mit Stützbeinen 78 versehen.
Mit dieser Anordnung kann die äußere Rahmenstruktur 30 grob
in der horizontalen Richtung eingestellt werden. Wenn jedoch der
Leitstrahlgenerator 12 auf einem in 2 gezeigten
Gestellt befestigt ist, werden die Stützbeine 78 nicht immer
benötigt.
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Wie
vorher beschrieben wurde, wurde dieses Ausführungsbeispiel so ausgebildet,
dass das optische Anzeigestrahl-Emissionssystem 15 in dem Leitstrahlgenerator 12 vorgesehen
ist und dass die Streuplatten 23 in der Vermessungsvorrichtung 11 vorgesehen
sind.
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Jedoch
können
die Streuplatten 23 auch in dem Leitstrahlgenerator 12 vorgesehen
sein, und das optische Anzeigestrahl-Emissionssystem 15 kann
in der Vermessungsvorrichtung 11 vorgesehen sein. In diesem
Fall hat der Anzeigestrahl K eine flache räumliche Ausbreitung in der
Kollimationsrichtung L. Mit anderen Worten, der Anzeigestrahl K
wird als sich linear in der Kollimationsrichtung L erstreckend gesehen,
wenn er von der Seite des Leitstrahlgenerators 12 aus betrachtet
wird. In dem Fall, in welchem die Laserstrahlquelle 18 durch
einen Halbleiterlaser gebildet wird, entspricht die Richtung, in
der der Ausbreitungswinkel groß ist,
der Kollimationsrichtung L. In dem Fall, in welchem die Laserstrahlquelle vom
Mehrpunkt-Lichtemissionstyp ist, entspricht die Anordnungsrichtung
von Lichtemissionspunkten der Kollimationsrichtung L. Die Streuplatten 23 andererseits
sind entsprechend der Emissionsrichtung des Leitstrahls P installiert.
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Weiterhin
wurde dieses Ausführungsbeispiel mit
Bezug auf den Grabungsvorgang des Tunnels 8 beschrieben.
Jedoch ist dies bloß ein
Beispiel.
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Beispielsweise
kann diese Leitstrahlrichtungs-Einstellvorrichtung
zum Erfassen der Biegung oder Torsion einer Gebäudekonstruktion oder eines großen Metallschneid-Maschinenwerkzeugs
verwendet werden. D.h., die Leitstrahlrichtungs-Einstellvorrichtung
ist auch anwendbar auf die Erfassung und Ausrichtung der Säulen und
Wände einer
Gebäudekonstruktion
und die Montage, Herstellung und Installierung von großen Maschinen.
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Gemäß dem vorbeschriebenen
Ausführungsbeispiel
können
die Emissionsrichtung des Leitstrahls P und die Kollimationsrichtung
L einer Vermessung leicht und schnell zueinander ausgerichtet werden,
und der kumulative Fehler kann verringert werden. Darüber hinaus
ist eine Miniaturisierung möglich.
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In
den 12 bis 14 ist
eine Leitstrahlrichtungs-Einstellvorrichtung
gezeigt.
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Für ein optisches
Anzeigestrahl-Emissionssystem 15 ist eine Blendenplatte
SP zwischen einer Kollimatorlinse 19 und einer zylindrischen
Linse 20 vorgesehen, wie in 12(a) gezeigt
ist. Die Blendenplatte SP hat, wie in 12(b) gezeigt
ist, einen Schlitz SL, der sich in der Richtung erstreckt, in der sich
der lineare Anzeigestrahl K erstreckt. Dieser Schlitz SL erfüllt eine
Rolle des Beugens des Laserstrahls P'. Das Beugungsmuster ist in 12(c) gezeigt. Der Laserstrahl P' wird durch den Schlitz
SL gebeugt und wird dann zu der zylindrischen Linse 20 geleitet.
Die Operation der zylindrischen Linse 20 ist dieselbe wie
vorstehend beschrieben.
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Der
Laserstrahl P' wird
ein klarer linearer Laserstrahl LO, wo die Helligkeit hoch ist durch
den Beugungseffekt des Schlitzes SL, und die sich in der Richtung
erstreckt, in der der Schlitz SL sich erstreckt, wie in den 13 und 14 gezeigt
ist. In 12(c) bezeichnet das Bezugszeichen
CE die Intensitätsverteilung
des Spitzenbereichs des Laserstrahls P', dessen Helligkeit hoch ist. Es ist
festzustellen, dass der Schlitz SL nicht auf eine rechteckige Form
beschränkt
ist.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
hat die zylindrische Linse 20 eine konvexe Form. Jedoch
kann die zylindrische Linse eine konkave Form haben. In dem Fall,
in welchem die zylindrische Linse eine konvexe Form hat, wird der
Laserstrahl P' konvergiert und
bildet einen Brennpunkt. Jedoch wird in dem Fall einer konkaven
Linse der Laserstrahl P' linear
vergrößert ohne
Bil dung eines Brennpunkts.
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Auch
ist dieses Ausführungsbeispiel
so ausgebildet, dass die Blendenplatte SP zwischen der Kollimatorlinse 19 und
der zylindrischen Linse 20 vorgesehen ist. Jedoch kann
die Blendenplatte SP vor der zylindrischen Linse 20 vorgesehen
sein.
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Es
ist festzustellen, dass in dem Fall, in welchem der Leitstrahlgenerator 12 in
einer Rohrlaservorrichtung vorgesehen ist, die Blendenplatte SP
auf der Rückseite
der zylindrischen Linse 20 vorgesehen ist. In 11 ist
die Blendenplatte SP durch eine strichlierte Linie gezeigt.
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Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
kann die Linienbreite des linearen Anzeigestrahls durch eine Beugungserscheinung
eng und klar gemacht werden, und folglich kann die Genauigkeit der
Ausrichtung der Emissionsrichtung des Leitstrahls P mit der Kollimationsrichtung
L erhöht
werden.
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Erstes Ausführungsbeispiel
der Erfindung
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In
den 15(a) bis 15(c) ist
eine Leitstrahlrichtungs-Einstellvorrichtung gezeigt, die gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist.
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15(a) illustriert eine Ausbildung, bei der ein
Paar von reflektierenden Spiegeln 100A und 100B in
Erfassungsmitteln vorgesehen ist. Diese reflektierenden Spiegel 100A und 100B reflektieren den
linearen Anzeigestrahl K zweimal, wodurch ein reflektierendes System
gebildet wird, das räumlich die
Erstreckungsrichtung des linearen Anzeigestrahls K mit Bezug auf die
Kollimationsrichtung L invertiert. In dem Fall, in welchem die Kollimationsrichtung
L und die Erstreckungsrichtung des linearen Anzeigestrahls K miteinander
ausgerichtet sind, sind die Richtung des linearen Anzeigestrahls
K1, der zuerst durch den reflektierenden Spiegel 100A reflektiert wird,
und dann durch den reflektierenden Spiegel 100B reflektiert
wird, und der die Streuplatte 23 erreicht, und die Richtung
des linearen Anzeigestrahls K2, der zuerst durch den reflektierenden 100B reflektiert
wird und dann durch den reflektierenden Spiegel 100A reflektiert
wird, und der die Streuplatte 23 erreicht, zueinander ausgerichtet,
wie in 15(b) gezeigt ist. Jedoch wird,
wie in 15(c) gezeigt ist, wenn der
lineare Anzeigestrahl K gegenüber
der Kollimationsrichtung L um einen Winkel θ verschoben ist, der lineare
Anzeigestrahl K1 durch den reflektierenden Spiegel 100A reflektiert
und wird dann durch den reflektierenden Spiegel 100B reflektiert.
Wenn dies stattfindet, ist die Erstreckungsrichtung des linearen
Anzeigestrahls K1 räumlich
mit Bezug auf die Kollimationsrichtung L invertiert. Das Bezugszeichen K1' bezeichnet den räumlich invertierten
linearen Anzeigestrahl. Dasselbe kann für den Fall gesagt werden, in
welchem der lineare Anzeigestrahl K2 durch den reflektierenden Spiegel 100B reflektiert
wird und dann durch den reflektierenden Spiegel 100A reflektiert
wird. Daher erreichen die linearen Anzeigestrahlen K1' und K2', die räumlich mit
Bezug auf die Kollimationsrichtung durch zwei Reflexionen invertiert wurden,
die Streuplatte 23 zusammen mit den linearen Anzeigestrahlen
K1 und K2. Aus dem durch den linearen Anzeigestrahl K1 (K1') und den linearen
Anzeigestrahl K2 (K2')
gebildeten Winkel kann die Erstreckungsrichtung des linearen Anzeigestrahls
K mit Bezug auf die Kollimationsrichtung L mit doppelter Genauigkeit
er kannt werden.
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D.h.,
gemäß diesem
Ausführungsbeispiel wird
die lineare Erstreckungsrichtung des linearen Anzeigestrahls räumlich mit
Bezug auf die Kollimationsrichtung L invertiert. Daher kann durch
Bestätigen sowohl
der Richtung des linearen Anzeigestrahls vor der Spiegelbildinversion
als auch der Richtung des linearen Anzeigestrahls nach der Spiegelbildinversion die
Richtung des linearen Anzeigestrahls zu der Kollimationsrichtung
mit doppelter Genauigkeit beurteilt werden.
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Zweites Ausführungsbeispiel
der Erfindung
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In
den 16 und 17 ist
eine Leitstrahlrichtungs-Einstellvorrichtung
gezeigt, die gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist. Wie in 16(b) gezeigt ist, ist die Vermessungsvorrichtung 11 mit
einem Paar von rückstrahlenden
Platten 101A und 101B versehen, die symmetrisch
mit Bezug auf Kollimationsrichtung L sind. Zwei Paare der rückstrahlenden Platten 101A und 101B sind
an symmetrischen Positionen mit Bezug auf die optische Achse O1
eines optischen Anzeigestrahl-Emissionssystems 15 vorgesehen.
Jedoch ist ein Paar von rückstrahlenden
Platten 101A und 101B maskiert, und bei diesem
Ausführungsbeispiel
werden sie nicht verwendet. Das optische Anzeigestrahl-Emissionssystem 15 hat
einen gelochten Spiegel HM zwischen einer Kollimatorlinse 19 und
einer zylindrischen Linse 20. Das Bezugszeichen HO bezeichnet
den gelochten Bereich des Spiegels HM. Ein Laserstrahl P' geht durch den gelochten
Bereich HO hindurch und wird zu der zylindrischen Linse 20 geleitet.
Daher wird angenommen, dass der Laserstrahl P' ein linearer Anzeigestrahl K ist und
zu den rückstrahlenden
Platten 101A und 101B ge leitet wird. Die Struktur
der rückstrahlenden Platten 101A und 101B ist
bekannt, beispielsweise aus der Japanischen Offenlegungs-Patentveröffentlichung
Nr. HEI 7-83656.
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Der
lineare Anzeigestrahl K wird durch die rückstrahlenden Platten 101A und 101B reflektiert und
wird ein reflektierter Strahl K'.
Dieser reflektierte Strahl K' kehrt
in derselben Richtung wie der Auftreffrichtung auf die rückstrahlenden
Platten 101A und 101B zurück und erreicht dann das optische
Anzeigestrahl-Emissionssystem 15.
Der reflektierte Strahl K' wird
durch die reflektierende Oberfläche
des gelochten Spiegels HM reflektiert und geht dann zu einer Sammellinse 102.
Der reflektierte Strahl K' wird durch
die Sammellinse 102 zu einem Lichtempfangselement 103 gesammelt.
Das Ausgangssignal des Lichtempfangselements 103 wird in
die Drehsteuervorrichtung 104 eingegeben.
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Die
Drehsteuervorrichtung 104 hat eine Rolle des Drehens und
Steuerns des in 11 gezeigten Motors 46.
Wenn der Motor 46 in beiden Richtungen mit konstanter Geschwindigkeit
gedreht wird, schwingt der lineare Anzeigestrahl K beispielsweise in
einem Bereich des Winkels θ,
wie in 16(a) gezeigt ist. Während der
Zeit, während
der der lineare Anzeigestrahl K mit diesem Winkel θ schwingt,
wird der Strahl K durch die rückstrahlenden
Platten 101A und 101B reflektiert. Der reflektierte
Strahl K' wird von
dem Lichtempfangselement 103 empfangen. Die erfassten Ausgangssignale
q1 und q2 des Lichtempfangselements 103 sind in 16(c) gezeigt.
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Die
Zeitpunkte t1 und t2 werden durch die reziproke Vibration dieses
linearen Strahls K1 erhalten. Die Zeit tm wird erhalten durch Bilden
des Durchschnitts der Zeitpunkte t1 und t2. In dem Fall, in welchem
die optische Achse O1 des optischen Anzeigestrahl-Emissionssystems 15 mit
der Kollimationsrichtung L ausgerichtet ist, kann der lineare Anzeigestrahl
K automatisch mit der Kollimationsrichtung L ausgerichtet werden,
wenn die Zeit zum Antreiben des Motors auf der Grundlage der Durchschnittszeit tm
eingestellt ist. D.h., der Leitstrahl P kann mit der Kollimationsrichtung
L ausgerichtet werden. In dem Fall der Verwendung des Motors 46 mit
einem Codierer kann der Leitstrahl P mit der Kollimationsrichtung L
ausgerichtet werden, indem das Impulssignal des Codierers in einen
Winkel umgewandelt wird.
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Drittes Ausführungsbeispiel
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In
den 18 und 19 ist
eine Leitstrahlrichtungs-Einstellvorrichtung
gezeigt, die gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel
werden zwei Paar von rückstrahlenden
Platten 101A und 101B verwendet. Bei einem optischen Anzeigestrahl-Emissionssystem 15 nach
diesem Ausführungsbeispiel
ist eine Viertelwellenplatte 105 zwischen einer zylindrischen
Linse 20 und einem gelochten Spiegel HM vorgesehen, und
es wandelt linear polarisiertes Licht in kreispolarisiertes Licht
oder kreispolarisiertes Licht in linear polarisiertes Licht um. Eines
der beiden Paar von rückstrahlenden
Platten 101A und 101B ist mit einer Viertelwellenplatte 106 für die Umwandlung
der Polarisationsrichtung des kreispolarisierten Laserstrahls P' in die entgegengesetzte
Richtung versehen, wie in den 18(a) und 18(b) gezeigt ist. Der lineare polarisierte Laserstrahl
P' geht durch den
gelochten Bereich HO des gelochten Spiegels HM hindurch und wird
zu der Viertelwellenplatte 105 geleitet. Der Laserstrahl
P' wird beispielsweise
in kreispolarisiertes Licht mit Drehung im Uhrzeigersinn oder rechtsreispolarisiertes Licht
durch die Viertelwellenplatte 105 umgewandelt. Dann wird
das rechtsreispolarisierte Licht in einen linearen Anzeigestrahl
K durch die zylindrische Linse 20 umgewandelt. Dieser lineare
Anzeigestrahl K wird zu dem Paar von rückstrahlenden Platten 101A und 101B mit
der Viertelwellenplatte 106 und zu dem Paar von rückstrahlenden
Platten 101A und 101B ohne Viertelplatte geleitet.
Bei dem linearen Anzeigestrahl K, der von dem Paar von rückstrahlenden
Platten 101A und 101B mit der Viertelwellenplatte 106 reflektiert
wird, wird die Richtung der Polarisation entgegen dem Uhrzeigersinn
(entgegengesetzte Richtung) mit Bezug auf die Lichtfortpflanzungsrichtung gedreht,
wenn der lineare Anzeigestrahl K durch die Viertelwellenplatte hindurchgeht.
Die Richtung der Polarisation des linearen Anzeigestrahls K, der
durch das Paar von rückstrahlenden
Platten 101A und 101B ohne die Viertelwellenplatte 106 reflektiert
wird, bleibt dieselbe (im Uhrzeigersinn) mit Bezug auf die Lichtfortpflanzungsrichtung.
Der reflektierte Strahl von rechtsreispolarisiertem Licht und der
reflektierte Strahls von linkskreispolarisiertem Licht kehrt zu
dem optischen Anzeigestrahl-Emissionssystem 15 zurück.
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Der
reflektierte Strahl von linkskreispolarisiertem Licht und der reflektierte
Strahl von rechtsreispolarisiertem Licht gehen durch die Viertelwellenplatte 105 hindurch
und werden in linear polarisiertes Licht umgewandelt. Somit werden
beide reflektierten Strahlen K' linear
polarisierte Lichtstrahlen, die einander kreuzen. Die reflektierten
Strahlen K' von
lineare polarisiertem Licht, die einander kreuzen, kehren zu dem
gelochten Spiegel HM zurück.
Dann werden beide reflektierten Lichtstrahlen K' zu einem polarisierenden Strahlenteiler 107 geführt, der
einen Teil der Erfassungsmittel bildet. Dieser polarisierende Strahlenteiler 107 teilt
die reflektierten Strahlen K' aus
lineare polarisiertem Licht, die einander kreuzen. Ein reflektierter
Strahl K' geht durch
die polarisierenden Strahlenteiler 107 hindurch und wird
zu einer Sammellinse 102A geleitet, während der andere reflektierte
Strahl K' durch
den polarisierenden Strahlenteiler 107 zu einer Sammellinse 102B geleitet
wird. Beide reflektierten Strahlen K', die durch die Sammellinsen 102A und 102B gesammelt
werden, werden durch Lichtempfangselemente 103A bzw. 103B empfangen.
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Die
erfassten Ausgangssignale der Lichtempfangselemente 103A und 103B werden
in die Drehsteuervorrichtung 104 eingegeben. Die erfassten
Ausgangssignale q1 und q2 des Lichtempfangselements 103A und
die erfassten Ausgangssignale q1' und
q2' des Lichtempfangselements 103B sind
in 18(c) gezeigt. Die Zeiten t1,
t2, t1' und t2' werden durch die
reziproke Vibration des linearen Strahls K1 erhalten. Die Zeit tm
wird durch Bilden des Durchschnitts der Zeiten t1 und t2 erhalten.
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Auch
wird die Zeit tm' durch
Bilden des Durchschnitts der Zeiten t1' und t2' erhalten. Auf der Grundlage des Durchschnitts
der Zeiten tm und tm' wird
die Zeit zum Antreiben des Motors 46 eingestellt. Auf diese
Weise kann der lineare Anzeigestrahl K automatisch mit der Kollimationsrichtung
L wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel
ausgerichtet werden. Daher wird der Leitstrahl P mit der Kollimationsrichtung
L ausgerichtet. Bei diesem dritten Ausführungsbeispiel wird der Leitstrahl
P mit der Kollimationsrichtung L ausgerichtet auf der Grundlage
der erfassten Ausgangssignale von zwei Paaren von rückstrahlenden
Platten. Daher kann im Vergleich mit dem zweiten Ausführungsbeispiel
die Ausrichtungsgenauigkeit weiter erhöht werden. In dem Fall des
Motors 46 mit einem Codierer kann die Antriebszeit durch
Verwendung von Winkeln anstelle der vorgenannten Zeiten erhalten
werden. Wie in 20 gezeigt ist, können zwei
rückstrahlende
Oberflächen 101' in der Form
einer kreisförmigen
Bogenplatte symmetrisch mit Bezug auf die optische Achse O1 vorgesehen
sein, und Viertelwellenplatten 106' können jeweils auf einer Seite
jeder Oberfläche 101' mit Bezug auf
die Kollimationsrichtung L vorgesehen sein.
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Auf
diese Weise werden das erfasste Ausgangssignal auf der Grundlage
des reflektierten Strahls K' des
linearen Anzeigestrahls K von der Stelle, an der die Viertelwellenplatte
vorgesehen war, und das erfasste Ausgangssignal auf der Grundlage
des reflektierten Strahls K' des
linearen Anzeigestrahls K von der Stelle, an der die Viertelwellenplatte
nicht vorgesehen war, einander identisch, wenn der lineare Anzeigestrahl
K direkt der Kollimationsrichtung L überlagert wird, wie durch das
Bezugszeichen KL in 20 gezeigt ist. Daher kann durch
Erfassen der Differenz zwischen beiden erfassten Ausgangssignalen
die Kollimationsrichtung L erfasst werden unabhängig von Zeit und Winkel (hinsichtlich
der detaillierten Ausbildung, siehe Japanische Offenlegungs-Patentveröffentlichung
Nr. HEI 7-83656).
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Es
ist festzustellen, dass, wenn die Drehsteuervorrichtung 104 durch
eine Fernsteuervorrichtung (nicht gezeigt) gesteuert wird, die Fernsteuerung
leicht wird.
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Gemäß dem zweiten
und dritten Ausführungsbeispiel
empfängt
die Erfassungsvorrichtung den von den rückstrahlenden Platten reflektierten
linearen Anzeigestrahl, und die Drehsteuervorrichtung steuert automatisch
das optische Anzeigestrahl-Emissionssystem so, dass die Emissionsrichtung
des Leitstrahls mit der Kollimationsrichtung ausgerichtet wird,
auf der Grundlage des erfassten Ausgangssignals der Erfassungsvorrichtung.
Daher können
die Kollimationsrichtung und die Emissionsrichtung des Leitlaserstrahls
automatisch ausgerichtet werden.