JP2000193414A - 地中掘進機の位置計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 拡散光の光源により計測時に光を位置検出素
子に当てる操作を不要にし機械的な計測誤差や振動によ
る計測誤差を生じにくくしただけでなく拡散光による計
測の信頼性を向上するようにした地中掘進機の位置計測
装置を提供する。 【解決手段】 計測基点、一つ以上の中間計測点及び被
計測点を順次設定して前方、後方の光源４１，４２から
の拡散光を集光する共通のレンズ４１１とこの集光した
光の受光位置を検出する位置検出素子４１２−２，４１
２−１とレンズに入射しようとする拡散光を透過しレン
ズで集光した光を各位置検出素子に導く反射プリズム４
１３−１，４１３−２と各反射プリズムで拡散光が前
方、後方に向けられる光源４１，４２とを有する計測ユ
ニット４００を各計測点に設置して、各計測ユニットで
の検出結果と別途計測した各計測ユニット間の距離に基
づいて計測基点に対する被計測点の位置を計測し、各計
測ユニットで光源４１，４２からの光の受光位置を逐次
検出しようとするときに光の受光位置を検出しようとす
る光源以外の光源を消灯するように制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、曲線経路を掘進す
る地中掘進機における掘進位置の計測に用いられる地中
掘進機の位置計測装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】地下坑を掘削しながら地中を掘進する地
中掘進機でカーブした地下坑を掘削するには、地中掘進
機が計画路線（予め設定された掘進経路）に沿って正し
く掘進しているかどうかを知るため、その掘進位置を確
認しなければならない。この種の地中掘進機としては、
人が入れない小口径の管を地中に埋設する小口径管推進
機、人が入れる大口径の管を地中に埋設するセミシール
ド機さらにはシールド掘進機を挙げることができる。

【０００３】地中掘進機の掘進位置を確認するには、通
常、発進立坑等の地中掘進機の掘進の出発点となる地点
及び地中掘進機内にそれぞれ計測基点及び被計測点を設
定するとともに、地中掘進機の掘進の進展に応じてこれ
らの中間位置の掘進経路上に適宜中間計測点を設定す
る。そして、後に詳述するように、これらの計測点間の
各距離を計測するほか、中間計測点とこれに隣接する両
側の計測点とをそれぞれ結ぶ二つの線分同士の角度を順
次計測し、これらの計測結果に基づいて地中掘進機の掘
進位置を演算により求めるようにしている。こうした所
定の計測点を頂点とする二つの線分同士の角度を計測す
るには、両線分同士の内角及び外角の何れを計測しても
よく、その角度関係を一義的に特定できるような角度に
関する値が計測できればその目的が果たせる。この明細
書では、このような二つの線分同士の角度関係を特定し
得るような角度に関する値を偏角と称している。

【０００４】地中掘進機の位置計測においては、これま
で、こうした偏角を計測するのに、トランシットを用い
て計測する方法が一般的に採用されている。このトラン
シットによる偏角の計測方法は、人的能力に依存する方
法であるため、熟練技術者等人手を要するだけでなく一
回の測量時間が長くなる。さらに、手狭な坑内で測量し
なければならないため、測量作業に多大の労力と危険が
伴う。こうした問題に対応して、従来、この種の地中掘
進機の掘進位置計測技術として、掘進位置の計測の際
に、偏角をトランシットによらないでレーザビームで光
学的に計測する方法を採り入れたものがある。

【０００５】こうした方法を採り入れた地中掘進機の掘
進位置計測技術の代表例として、例えば特開平５ー３４
０１８６号公報に記載された技術を挙げることができ
る。この特開平５ー３４０１８６号公報に記載の技術
（以下「従来の技術」という。）は、「カーブする地下
坑内に設定される後方視準点の前方に、測角機能を有す
るレーザ照準機を設置し、シールド掘進機内に、ミニ反
射プリズムを付設した位置検出素子（光電素子）のター
ゲットを設置するとともに、これらの中間位置には、レ
ーザ照準機からのレーザビームを屈折させ屈折させたレ
ーザビームの方向転角を計測できる距離儀付きのウエッ
ジプリズムを、地中掘進機の掘進の進展に応じて適当数
設置するようにした」ものである。

【０００６】この従来の技術により地中掘進機の掘進位
置を計測するときは、ウエッジプリズムを遠隔操作で回
動させることにより、レーザ照準機からのレーザビーム
を、ウエッジプリズムを介してシールド掘進機内のター
ゲットに常に当てるようにする。そうすると、ウエッジ
プリズムを経由したレーザ照準機からのレーザビームが
ターゲットの位置検出素子に当てられるため、レーザス
ポットの位置が検出されるとともに、ウエッジプリズム
の設置点の偏角がウエッジプリズムの回動量により計測
され、また、各計測点間の距離がウエッジプリズムの距
離儀により計測される。従来の技術では、こうして得ら
れた各計測点間の距離、偏角及びレーザスポットの位置
に基づいて地中掘進機の掘進位置を座標位置により計測
する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように、この従来
の技術は、収束度の高いレーザ光であるレーザビームを
位置検出素子に当てるようにウエッジプリズムを回動さ
せて、その回転量によりウエッジプリズムの設置点の偏
角を計測するようにしている。そのため、地中掘進機の
掘進位置を計測する際、レーザビームをレーザビームの
位置検出素子に的確に当てるようにウエッジプリズムを
回転させる操作を要して操作が複雑であるばかりでな
く、ウエッジプリズムを回転させるための回転機構を要
し、これに伴って種々の問題がもたらされることとな
る。例えば、回動機構を要するために機械的な計測誤差
が生じやすく、光学的な誤差に機械的な誤差が加わって
高い計測精度を確保することが困難であるとともに、レ
ーザ照準機が外力によりピッチングやヨーイング方向に
振動すると、大きな計測誤差が生じる。特に、地中掘進
機の掘進位置の計測では、偏角の計測結果が掘進位置の
計測結果に及ぼす度合いが大きいことに加えて、緩やか
なカーブをなす場所の偏角を計測する機会が多く、偏角
を精度よく計測する必要性が高いことから、回動機構に
よる機械的な計測誤差や振動による計測誤差が生じる
と、地中掘進機の掘進位置の計測結果に多大な影響を及
ぼす。

【０００８】こうしたことから、位置検出素子に当てる
ための光源として、広い領域を照らせる拡散光を用い
て、レーザビームのように光を位置検出素子に当てるた
めの操作は要せず機械的な計測誤差や振動による計測誤
差も生じないようにした、これまで実施されたことのな
い未踏技術の開発を進ている。その技術開発の過程で生
まれた発明は、すでに特許出願されており、その代表的
なものとして、特願平９ー２９７２９５号に係る発明を
挙げることができる。この発明は、基点計測ユニットと
被測点計測ユニットとの間の地下坑内に適宜の数の中間
計測ユニットを配置し、これら各計測ユニットがそれぞ
れ隣合う他の計測ユニットの光源の拡散光を受光してそ
の受光位置を検出し、これにより得られる各光源の方向
に関するデータと隣合う各計測ユニット間の距離に関す
るデータとに基づいて地中掘進機の掘進位置を計測する
ようにしたものである。この地中掘進機の掘進位置計測
装置の詳細は後に説明する。

【０００９】この地中掘進機の掘進位置計測装置の実用
化を進めるため、その後、研究開発を進めたところ、拡
散光を発する光源を用いたことに起因する特有の問題が
生じ得ることが新たに判明した。すなわち、本計測装置
に用いられる光源は、レーザビームのようにターゲット
の一点を照らす収束度の高い光線を発するものではな
く、ターゲット以外の広い領域を照らす拡散光を発する
ことから、或る計測ユニットで隣合う計測ユニットの光
源の光を検出しようとする場合、掘削した地下坑の形態
や計測ユニットの配置によっては、検出しようとする光
源とは別の光源の光が入射して外乱が生じ、地中掘進機
の掘進位置を計測する際の信頼性を低下させるという問
題が生じ得ることが分かった。

【００１０】本発明は、こうした従来の技術にみられる
問題を解消しようとするものであって、その技術課題
は、光源に拡散光を用いて計測時に光を位置検出素子に
当てる操作を不要にし機械的な計測誤差や振動による計
測誤差を生じにくくしただけでなく拡散光による計測の
信頼性を向上するようにした地中掘進機の位置計測装置
を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のこうした技術課
題は、「地下坑を掘削しながら地中を掘進する地中掘進
機の掘進位置の計測に用いられ、掘進方向前方に配置し
その掘進位置の指標となる被計測点の位置を、掘進方向
後方に配置し計測の基点となる計測基点との位置関係で
計測する地中掘進機の位置計測装置」を構成する場合、
「前方に拡散光を発する光源と前方の光源からの拡散光
の少なくとも一部を集光する集光手段と集光手段で集光
した光源からの光を受光してその受光位置を検出する位
置検出素子とを有し計測基点を設定する基点計測ユニッ
トと、後方に拡散光を発する光源と後方の光源からの拡
散光の少なくとも一部を集光する集光手段と集光手段で
集光した光源からの光を受光してその受光位置を検出す
る位置検出素子とを有し被計測点を設定する被測点計測
ユニットと、前方及び後方に拡散光を発する各光源と前
方及び後方の光源からの拡散光の少なくとも一部をそれ
ぞれ集光する集光手段と集光手段でそれぞれ集光した各
光源からの光をそれぞれ受光してその受光位置を検出す
る位置検出素子とを有し地下坑における基点計測ユニッ
トと被測点計測ユニットとの間に配置される少なくとも
一つの中間計測ユニットとを設けて、基点計測ユニット
及び中間計測ユニットの各計測ユニットでの検出結果に
基づいて得られる各光源の方向に関するデータと隣合う
各計測ユニット間の距離に関するデータとに基づいて、
計測基点に対する被計測点の相対位置を演算装置で演算
して計測するようにするとともに、各計測ユニットで光
源からの光の受光位置を逐次検出しようとするときに光
の受光位置を検出しようとする光源以外の光源を消灯す
るように制御する光源制御手段を設けた」ことにより達
成される。

【００１２】本発明の地中掘進機の位置計測装置は、こ
うした技術手段を採用したので、中間計測ユニットは、
前方及び後方の各光源から拡散光を集光手段でそれぞれ
集光し、その集光した各光源からの光を各位置検出素子
でそれぞれ受光してその受光位置を検出することによ
り、前方及び後方の各光源の方向を検出することができ
る。また、基点計測ユニット及び被測点計測ユニット
は、それぞれ前方の光源及び後方の光源から拡散光を集
光手段で集光し、同様にして前方の光源及び後方の光源
の方向を検出することができる。その場合、光源として
特に拡散光を発する光源を用いて拡がりをもつ光で広い
領域を照らせるようにしているため、光源にレーザビー
ムを用いる従来の技術のように光源の光を位置検出素子
に当てるための操作を要せず、ひいては、その操作を可
能にするための回転機構を設ける必要がなくなって、そ
の回転機構に起因する機械的な計測誤差も生じない。

【００１３】また、中間計測ユニットにおいては、集光
した各光源からの光の受光位置を各位置検出素子で検出
することにより前方及び後方の双方の光源の方向を検出
するようにしているため、その検出された各光源の方向
に基づいて、地中掘進機の位置計測に有用な各光源の光
軸同士の偏角を求めることができる。この偏角は、中間
計測ユニットや光源がピッチング方向やヨーイング方向
に変位しても変動しないので、これらの計測ユニットが
外力によりピッチング方向やヨーイング方向に振動して
も計測誤差が生じにくい。また、こうしたことから、中
間計測ユニットを計測点に取り付ける際、位置設定さえ
正確に行えば、取付姿勢が不統一であっても、その取付
姿勢の影響を受けることなく地中掘進機の掘進位置を正
しく計測することができる。一方、基点計測ユニット
は、前方の光源からの光の受光位置を位置検出素子で検
出することにより前方の光源の方向を検出して、地中掘
進機が発進したときの実際の発進方向を検出することが
できる。

【００１４】これら基点計測ユニット及び中間計測ユニ
ットでの検出結果に基づいて得られる各光源の方向に関
するデータと隣合う各計測ユニット間の距離に関するデ
ータとに基づいて、計測基点に対する被計測点の相対位
置を演算装置で演算して計測することができる。本発明
の地中掘進機の位置計測装置では、特に、光源制御手段
を設けているので、各計測ユニットで光源からの光の受
光位置を逐次検出しようとするときに光の受光位置を検
出しようとする光源以外の光源を消灯するように光源制
御手段で制御されて、検出しようとする光源とは別の光
源の光が当該計測ユニットに入射して外乱が生じるよう
なことはない。以上の結果、光源に拡散光を用いて計測
時に光を位置検出素子に当てる操作を不要にし機械的な
計測誤差や振動による計測誤差を生じにくくすることが
できるだけでなく、拡散光による計測の信頼性を向上さ
せることができる。なお、被測点ユニットでは、後方の
光源の方向を検出してピッチング方向やヨーイング方向
の掘削機の姿勢を検出し、そのため、別途、掘削機の姿
勢検出用の計測器を新設しないでも済む。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明が実際上どのように
具体化されるのかを示す具体化例を図１乃至図４に基づ
いて説明することにより、本発明の実施の形態を明らか
にする。図１は、本発明の具体化例の地中掘進機の位置
計測装置により地中掘進機の掘進位置を計測している状
態の全体像を概略的に示す図、図２は、図１の地中掘進
機の位置計測装置に使用する中間計測ユニットの例を示
す斜視図、図３は、図２の中間計測ユニットを用いて地
中掘進機の掘進位置を計測するときの状態を部分的に示
す斜視図、図４は、本発明の具体化例の地中掘進機の位
置計測装置についての技術的意義を説明するための図１
と同様の図、図５は、図１の地中掘進機の位置計測装置
に設けられる制御装置を説明するための流れ図である。

【００１６】本発明の地中掘進機の位置計測装置では、
地中掘進機の掘進位置の指標となる被計測点の位置を計
測の基点となる計測基点との位置関係で計測する。その
使用態様の一例を図１に基づいて概説する。１は地中掘
進機の主要部をなす掘削機、２はシールド掘進機で掘削
した坑道又は管推進機で掘削した管渠等の地下坑、３は
地中掘進機の掘進の出発点となる発進立坑、４は後述す
る基点計測ユニット４００ａ、中間計測ユニット４００
及び被測点計測ユニット４００ｂとそれぞれ通信ライン
で接続され地中掘進機の掘進位置を演算する中央演算処
理装置、５は中央演算処理装置４での演算結果やその演
算結果に基づいて得られる情報をオペレータの操縦の便
のために数値やグラフで表示する表示装置である。掘削
機１は、管推進機及びシールド掘進機等、地下坑を掘削
しながら地中を掘進する地中掘進機の掘削機であれば、
何れのものでもよい。地下坑２は、管推進機であれば、
ヒューム管、鋼管等の埋設管で坑壁が形成され、シール
ド掘進機であれば、鋼製又はコンクリート製のセグメン
トで坑壁が形成される。

【００１７】４００ａは計測基点を設定する基点計測ユ
ニット、４００ｂは被計測点を設定する被測点計測ユニ
ット、４００は地下坑２内におけるこれら基点計測ユニ
ット４００ａと被測点計測ユニット４００ｂとの間に設
定された中間計測点に配置される中間計測ユニットであ
る。中間計測ユニット４００は、地中掘進機の掘進の進
展に応じて一つ以上所望の数配置するが、ここでは、説
明の便宜上、三つの中間計測ユニット４００を配置した
例を示している。基点計測ユニット４００ａ、中間計測
ユニット４００及び被測点計測ユニット４００ｂは、大
別すると、隣合う計測ユニットに対して拡散光を発する
光源と、隣合う計測ユニットの光源から拡散光を受けて
その光の方向を検出するように構成された光源方向検出
手段とからなっていて、何れも基本的な構造は変わらな
い。

【００１８】地中掘進機の掘進位置を光で計測する場
合、その計測の基点となる計測基点と掘進中の地中掘進
機の現在位置を表す指標となり得るような被計測点を設
定する必要があるが、基点計測ユニット４００ａは、計
測基点を設定する役割を果たし、被測点計測ユニット４
００ｂは、被計測点を設定する役割を果たす。基点計測
ユニット４００ａは、通常、発進立坑３に設置し、被測
点計測ユニット４００ｂは、通常、掘削機１（シールド
工事ではシールド掘進機、管推進工事では先導体）にそ
れぞれ設置する。

【００１９】前述したように、各計測ユニット４００
ａ，４００，４００ｂは、何れも基本的な構造は変わら
ないので、各計測ユニット４００ａ，４００，４００ｂ
を代表して中間計測ユニット４００の構造を図２及び図
３に基づいて説明し、併せて、他の計測ユニット４００
ａ，４００ｂの構造も明らかにする。なお、図２中、４
１は、図２に図示の中間計測ユニット４００の後方に配
置した計測ユニットが内蔵している前方光源を表し、４
２は、図２に図示の中間計測ユニット４００の前方に配
置した計測ユニットが内蔵している後方光源を表す。ま
ず、この中間計測ユニット４００の概要を説明すると、
中間計測ユニット４００は、前方の計測ユニット及び後
方の計測ユニットに対してそれぞれ拡散光を発する前方
光源４１及び後方光源４２と、隣合う前方の計測ユニッ
トの後方光源４２及び後方の計測ユニットの前方光源４
１から拡散光を受けて各光源４２，４１の方向を検出す
るための、レンズ４１１、位置検出素子４１２−１，４
１２−２及び反射プリズム４１３−１，４１３−２を有
する光源方向検出手段とでユニットをなすように構成さ
れている。

【００２０】次に、中間計測ユニット４００の詳細を説
明すると、４１１は前方の計測ユニットの後方光源４２
及び後方の計測ユニットの前方光源４１の拡散光をそれ
ぞれ集光する（収束させて集める）両光源４１，４２に
共通の集光手段としてのレンズ、４１２−１は、このレ
ンズ４１１で集められた後方の計測ユニットの前方光源
４１からの拡散光を受光しその受光位置を検出する光セ
ンサとしての位置検出素子、４１２−２はレンズ４１１
で集められた前方の計測ユニットの後方光源４２からの
拡散光を受光しその受光位置を検出する同様の位置検出
素子、４１３−１はレンズ４１１で集光する後方の計測
ユニットの前方光源４１からの拡散光を位置検出素子４
１２−１に導くように光の方向を転換する光方向転換手
段としての反射プリズム、４１３−２はレンズ４１１で
集光する前方の計測ユニットの後方光源４２からの拡散
光を位置検出素子４１２−２に導くように光の方向を転
換する同様の反射プリズムである。

【００２１】中間計測ユニット４００は、大別すると、
以上述べた光源４１，４２とレンズ４１１と位置検出素
子４１２−１，４１２−２と反射プリズム４１３−１，
４１３−２とで構成される。光源４１，４２には、例え
ば発光ダイオードのような拡散光を発するいわゆる点光
源のようなものを用いる。すなわち、レーザビームのよ
うな収束度の高い光線を発するものは用いることができ
ないが、基本的には、微小なエリアから放射状に拡がる
拡散光を発するようなものであれば、設計上、適宜選択
して使用することができる。

【００２２】位置検出素子４１２−１及び位置検出素子
４１２−２は、隣合う計測ユニットの後方光源４２及び
前方光源４１からレンズ４１１に入射しようとする拡散
光を遮断しない位置にそれぞれ配置することとする。こ
こに示す例では、位置検出素子４１２−１は、その受光
面をレンズ４１１の光軸Ｃ（レンズ４１１の中心を通り
これに直交する軸線）と直交する方向に向けて側方に配
置し、位置検出素子４１２−２は、その受光面をレンズ
４１１の光軸Ｃと直交する方向に向けて上方に配置して
いる。位置検出素子４１２−１，４１２−２には、フォ
トダイオードをマトリックス状に配置したＭＯＳ型撮像
素子やＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ−Ｄｅｖ
ｉｃｅ）撮像素子等の二次元光センサを用いることとし
ている。また、フォトダイオードの表面抵抗を利用して
光スポットの位置を検出することのできるＰＳＤ（Ｐｏ
ｓｉｔｉｏｎ−Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ−Ｄｅｖｉｃｅ）の
ようなものを用いてもよく、要は、集光レンズで集めら
れた光を受光しその受光した光の位置を検出できるもの
であればよく、その種類は限定されない。

【００２３】反射プリズム４１３−１及び反射プリズム
４１３−２は、それぞれ、レンズ４１１の前方位置及び
後方位置に配置され、隣合う前方の計測ユニットの後方
光源４２及び後方の計測ユニットの前方光源４１からレ
ンズ４１１に入射しようとする各拡散光の少なくとも一
部をそれぞれ透過させ、レンズ４１１で集光した前方光
源４１及び後方光源４２からの光の少なくとも一部をそ
れそれ反射面で反射させて位置検出素子４１２−１及び
位置検出素子４１２−２の受光面に導くように方向転換
させる働きをする。また、これらの反射プリズム４１３
−１及び反射プリズム４１３−２は、それぞれ、中間計
測ユニット４００それ自体にユニットとして組み込まれ
ている前方光源４１及び後方光源４２の拡散光の少なく
とも一部をそれぞれ反射面で反射させて隣合う前方の計
測ユニット及び後方の計測ユニットに向けるように方向
転換させる働きもする。

【００２４】こうした反射プリズム４１３−１，４１３
−２に一般的なものを用いると、レンズ４１１に入射し
ようとする各光源４１，４２からの拡散光が、それぞ
れ、その入射前に、反射プリズム４１３−１，４１３−
２で一部反射されて減少するため、各位置検出素子４１
２−２，４１２−１に導かれる光量が損失する。こうし
た問題を解消するため、レンズ４１１に入射しようとす
る各光源４１，４２からの拡散光を、互いに振動方向の
直交する直線偏光の拡散光になるようにするとともに、
各反射プリズム４１３−１，４１３−２として、レンズ
４１１に入射しようとする一方の直線偏光の拡散光を透
過させかつレンズ４１１で集光される過程の他方の直線
偏光の拡散光を位置検出素子４１２−２，４１２−１に
導くように反射する偏光反射プリズムを用いるとよい。
反射プリズム４１３−１，４１３−２にこうした偏光反
射プリズムを用いると、レンズ４１１に入射しようとす
る光源４１，４２からの拡散光を、その光量を損失させ
ることなく透過させるとともに、レンズ４１１で集光さ
れる過程の光源４１，４２からの拡散光を、位置検出素
子４１２−２，４１２−１に導くように全反射させるこ
とができ、レンズ４１１で集光した光の受光位置を位置
検出素子４１２−１，４１２−２で明確に検出すること
ができる。

【００２５】以上の構造を備えた中間計測ユニット４０
０の作用を説明する。前方の計測ユニットの後方光源４
２から発せられる拡散光は、中間計測ユニット４００の
前方の反射プリズム４１３−１に入射後、その少なくと
も一部が同反射プリズム４１３−１を透過してレンズ４
１１で集光され、しかる後、その背後の反射プリズム４
１３−２で反射されて方向転換をし、中間計測ユニット
４００の後方の位置検出素子４１２−２上に結像する。
同様にして、後方の計測ユニットの前方光源４１からの
拡散光は、その少なくとも一部が中間計測ユニット４０
０の手前の反射プリズム４１３−２を透過してレンズ４
１１で集光され、しかる後、その背後の反射プリズム４
１３−１で反射されて中間計測ユニット４００の前方の
位置検出素子４１２−１上に結像する。この間、中間計
測ユニット４００に組み込まれた前方光源４１及び後方
光源４２の拡散光は、それぞれ、反射プリズム４１３−
１及び反射プリズム４１３−２の作用により前方の計測
ユニット及び後方の中間計測ユニットに向けて出射され
る。

【００２６】各位置検出素子４１２−１，４１２−２に
は、それぞれの受光面にＸ−Ｙ平面座標が予め設定され
ているため、光源４１，４２からの拡散光が結像する
と、その結像位置すなわち集光した拡散光の受光位置を
Ｘ，Ｙ軸の座標点として検出する。こうして拡散光の受
光位置が検出されると、その検出結果に基づいて各光源
４１，４２の方向を演算により検出することができる。
これらの各光源４１，４２の方向は、中間計測ユニット
４００の基準線（通常はレンズ４１１の光軸Ｃに合わせ
るように設定）に対して各光源４１，４２の光軸Ｄ（各
光源４１，４２の拡散光が前後方向に直進するときの各
出発点の中心位置とレンズ４１１の中心位置とをそれぞ
れ結ぶ各線）のなす角度で表すことができる。具体的に
は、各光源４１，４２の方向の水平方向の成分（レンズ
４１１の光軸Ｃと各光源４１，４２の光軸Ｄを水平面上
へ正投影した線同士のなす角度）と垂直方向の成分（レ
ンズ４１１の光軸Ｃと各光源４１，４２の光軸Ｄをレン
ズ４１１の光軸Ｃと平行な垂直面上へ正投影した線同士
のなす角度）とで特定することができる。

【００２７】これら各光源４１，４２の方向の水平方向
の成分及び垂直方向の成分は、レンズ４１１の光軸Ｃ上
を通る各光源４１，４２の光軸Ｄがそれぞれレンズ４１
１に入射後、レンズ４１１の中心位置から位置検出素子
４１２−１，４１２−２に到達するまでの過程にたどる
距離の総和（この値は中間計測ユニット４００の仕様に
より定まる既知の値である。）と、位置検出素子４１２
−１，４１２−２への各光源４１，４２の拡散光の結像
位置のＸ軸方向の成分及びＹ軸方向の成分との関係から
演算により求めることができる。こうした演算は、中央
演算装置４で行ってもよいが、光源４１，４２の方向の
水平方向の成分及び垂直方向の成分は、前記の拡散光の
結像位置のＸ軸方向の成分及びＹ軸方向の成分が検出さ
れれば、一義的に定まる値であって機械的に求められる
ので、ここに示す例では中間計測ユニット４００で求め
ている。

【００２８】中間計測ユニット４００は、以上述べたよ
うに前後の光源４１，４２と集光手段としてのレンズ４
１１と前後の位置検出素子４１２−１，４１２−２と前
後の反射プリズム４１３−１，４１３−２とを有し、こ
れらをケース内に組み込んでユニット状に一体構成して
いる。これに対し、基点計測ユニット４００ａは、中間
計測ユニット４００から後方側の光源４２及び前方側の
位置検出素子４１２−１を省いたものであり、後方側の
位置検出素子４１２−２をレンズ４１１の背後に配置す
れば、後方側の反射プリズム４１３−２も省くことがで
きる。また、被測点計測ユニット４００ｂは、中間計測
ユニット４００から前方側の光源４１及び後方側の位置
検出素子４１２−２を省いたものであり、前方側の位置
検出素子４１２−１をレンズ４１１の背後に配置すれ
ば、前方側の反射プリズム４１３−１も省くことができ
る。

【００２９】これら計測ユニット４００ａ，４００ｂの
構造を具体的に確認すると、基点計測ユニット４００ａ
は、前方に拡散光を発する光源４１と、前方の中間計測
ユニット４００の後方光源４２からの拡散光を集光する
レンズ４１１と、レンズ４１１で集光した光を受光して
その受光した光の位置を検出することによりこの光源４
２の方向を検出できるように配置された位置検出素子４
１２−２と、レンズ４１１に入射しようとする光源４２
からの拡散光の少なくとも一部を透過する前方側の反射
プリズム４１３−１を有していればよく、後方側の反射
プリズム４１３−２は必要に応じて設ければよい。ま
た、被測点計測ユニット４００ｂは、後方に拡散光を発
する光源４２と、後方の中間計測ユニット４００の前方
光源４１からの拡散光を集光するレンズ４１１と、レン
ズ４１１で集光した光を受光しその受光した光の位置を
検出することによりこの光源４１の方向を検出できるよ
うに配置された前方側の位置検出素子４１２−１と、レ
ンズ４１１に入射しようとする後方の中間計測ユニット
４００の前方光源４１からの拡散光の少なくとも一部を
透過する後方側の反射プリズム４１３−２を有していれ
ばよく、前方側の反射プリズム４１３−１は必要に応じ
て設ければよい。

【００３０】こうした基点計測ユニット４００ａや被測
点計測ユニット４００ｂに必要な構造は、図３の中間計
測ユニット４００が備えているので、基点計測ユニット
４００ａや被測点計測ユニット４００ｂに中間計測ユニ
ット４００をそのまま使用して、中間計測ユニット４０
０を計測基点や被計測点にセットするときに必要な構造
だけをソフト上活かすようにしてもよい。このように中
間計測ユニット４００を基点計測ユニット４００ａや被
測点計測ユニット４００ｂに兼用するようにすれば、製
作する機器の種類を少なくできてそれらの製作を省力化
することができるだけでなく、使用する機器の種類も少
なくできて機器の使用上の便もよい。

【００３１】図１は、こうした計測ユニット４００ａ，
４００ｂの間に複数個の中間計測ユニット４００を配置
し、隣合う計測ユニット間で拡散光を照射して地中掘進
機の掘進位置を計測するときの態様を示している。図１
において、Ｖは計測ユニット間の基準点同士を結ぶ直線
を表し、この明細書では、こうした直線を見通し線と称
する。各計測ユニット４００，４００ａ，４００ｂは、
光源４１，４２をレンズ４１１の中心位置に配置したの
と等価の構造をしているものとし、それゆえ、各計測ユ
ニットの基準点は、何れもレンズ４１１の中心に位置す
るとともに、各計測ユニットの各光源４１，４２の拡散
光は、レンズ４１１の中心を出発点として前後方向に直
進するようになっている。図１には、基点計測ユニット
４００ａと被測点計測ユニット４００ｂとの間に三つの
中間計測ユニット４００を設置した例を示しているが、
これらの計測ユニット４００ａ，４００ｂの間には、地
中掘進機の掘進距離や地下坑２のカーブの状態等を考慮
しながら、一つ以上所望の数の中間計測ユニット４００
を、互いに見通すことのできる適当間隔を置いて設置す
ることができる。

【００３２】地中掘進機の掘進位置を計測する場合、前
後、上下、左右の３次元の位置座標上における計測基点
（座標の原点）に対する被計測点の相対位置を演算して
計測する。したがって、地中掘進機の掘進位置は、掘進
方向である前後方向の座標点に対応して上下方向の座標
点及び左右方向の座標点が求められて特定される。ま
た、これに対応して、光源４１，４２の方向に関する角
度等も前述したように水平方向の成分及び垂直方向の成
分として求められて特定される。３次元の位置座標を設
定する場合、演算の便のため、座標の原点を計測基点に
一致させ、前後方向の座標軸を発進基準方向（地中掘進
機の発進時における予め設定した基準となる掘進路線の
方向）に一致させる。各計測ユニットを計測地点に設置
する場合には、基点計測ユニット４００ａについてはそ
の基準線（レンズの光軸Ｃ）を発進基準方向に合わせ、
被測点ユニット４００ｂについては掘削機１の中心軸線
の方向に合わせるように姿勢を調整するが、中間計測ユ
ニット４００については、予め定めた位置に設置するだ
けで姿勢までも調整する必要はない。

【００３３】中間計測ユニット４００では、光の受光位
置に関する検出結果に基づいて隣合う前方の計測ユニッ
トの後方光源４２の方向や後方の計測ユニットの前方光
源４１の方向を検出する。これらの光源４１，４２の方
向のうち、前方の計測ユニットの後方光源４２の方向
は、中間計測ユニット４００の基準線とその基準線の前
方側の見通し線Ｖとのなす角度で表すことができ、後方
の計測ユニットの前方光源４１の方向は、中間計測ユニ
ット４００の基準線とその基準線の後方側の見通し線Ｖ
とのなす角度で表すことができる。そして、前者の角度
から後者の角度を減算することにより、各中間計測ユニ
ット４００の基準点を頂点とする偏角（後方側の見通し
線Ｖの延長線と前方側の見通し線Ｖとのなす角度すなわ
ち外角の偏角）を求めることができる。基点計測ユニッ
ト４００ａでは、隣合う前方の中間計測ユニット４００
の後方光源４２の方向を検出し、これにより地中掘進機
が発進したときの実際の発進方向を検出することができ
る。この発進方向は、前記したように基点計測ユニット
４００ａの基準線を発進基準方向に合わせていることか
ら、その基準線と見通し線Ｖとのなす角度で表すことが
できる。

【００３４】こうした発進方向に関する角度や前記偏角
に関するデータが光源４１，４２の方向に関する角度か
ら求められれば、隣合う各計測ユニット４００，４００
ａ，４００ｂ間の距離に関するデータを適宜の方法で収
集すると、これらのデータから計測基点に対する被計測
点の相対位置を３次元の位置座標における座標点として
求めることができる。したがって、地中掘進機の掘進位
置すなわち計測基点に対する被計測点の相対位置は、帰
するところ、基点計測ユニット４００ａや各中間計測ユ
ニット４００での検出結果から得られる光源４１，４２
の方向に関するデータと、隣合う各計測ユニット４０
０，４００ａ，４００ｂ間の距離に関するデータとに基
づいて演算により計測することができる。

【００３５】こうした演算は、各計測ユニット４００，
４００ａ，４００ｂから通信ラインを通じて入力される
各光源４１，４２の方向に関するデータや別途計測され
て入力される距離に関するデータに基づいて中央演算処
理装置４により行われる。この中央演算処理装置４には
表示装置５が接続されているため、中央演算処理装置４
で演算された地中掘進機の現在位置は、この表示装置５
に表示されて、地中掘進機の現在位置に関する信頼性の
高い情報をオペレータにリアルタイムに提供することが
できる。なお、被測点ユニット４００ｂの位置検出素子
４１２−１は、隣合う後方の中間計測ユニット４００の
前方光源４１の方向を検出することにより、ピッチング
方向やヨーイング方向の掘削機１の姿勢を検出する働き
をする。それゆえ、地中掘進機に通常設けられていたピ
ッチング計やヨーイング計等の掘削機の姿勢検出用の計
測器を別途新設しないでも、掘削機１の姿勢を検出する
ことができる。

【００３６】隣合う各計測ユニット４００，４００ａ，
４００ｂ間の距離を計測する方法について述べると、地
中掘進機が管推進機である場合には、例えば、埋設済み
の埋設管の数により算出される距離データと元押しジャ
ッキのストローク計で検出される距離データとに基づい
て計測する方法を挙げることができる。また、地中掘進
機がシールド掘進機である場合には、例えば、セグメン
トの種類と数に基づいて算出される距離データとシール
ドジャッキのストローク計で検出される距離データとに
基づいて計測する方法を挙げることができる。これらの
方法は、何れも、管推進機やシールドジャッキに通常付
設されている元押しジャッキのストローク計やシールド
ジャッキのストローク計を距離の計測にも活用すること
ができて、距離の計測のために特別の距離計測手段を新
設する必要がない。

【００３７】本地中掘進機の位置計測装置では、光源４
１，４２からの拡散光を各計測ユニット４００，４００
ａ，４００ｂにおいてレンズ４１１で集光し、その集光
した光を位置検出素子４１２−１，４１２−２で受光し
てその受光位置を検出することにより、前方の光源４１
や後方の光源４２の方向を検出するようにしている。そ
の場合、光源として、特に拡散光を発することのできる
光源４１，４２を用いて拡がりをもつ光で広い領域を照
らせるようにしているため、ウエッジプリズムを回動さ
せることによりレーザビームを位置検出素子に当てる従
来の技術で行われているような操作は行わなくても済
む。その結果、こうした操作を可能にするための回転機
構を設ける必要もなくなるため、従来の技術とは異な
り、回転機構に起因する機械的な計測誤差も生じない。
また、拡散光の光源４１，４２は、このように照射領域
が広いため、各計測ユニット４００，４００ａ，４００
ｂや光源４１，４２が外力により振動しても、各計測ユ
ニット４００，４００ａ，４００ｂを常に照らすことが
できて計測に支障が生じることもない。

【００３８】中間計測ユニット４００では、位置検出素
子４１２−１，４１２−２の受光位置により隣合う前方
の光源４１及び後方の光源４２の双方の光源の方向を検
出するようにしているため、その検出された光源４１，
４２の方向によりこれらの光源４１，４２の光軸Ｄ同士
の偏角を求めることができる。この偏角は、中間計測ユ
ニット４００がピッチング方向やヨーイング方向に変位
しても（上下方向や左右方向に揺動しても）変動しない
ため、この地中掘進機の位置計測装置では、中間計測ユ
ニット４００が外力によりピッチング方向やヨーイング
方向に振動しても、計測誤差が生じにくい。また、こう
したことから、中間計測ユニット４００を計測点に取り
付ける際に、位置設定さえ正確に行えば、取付姿勢が不
統一であっても、その取付姿勢の影響を受けることなく
地中掘進機の掘進位置を正しく計測することができる。

【００３９】中間計測ユニット４００を構成する場合、
反射プリズム４１３−１，４１３−２を設けないで、中
間計測ユニット４００の前部及び後部にそれぞれレンズ
４１１を配置して、各レンズ４１１の背後にそれぞれ位
置検出素子４１２−１，４１２−２を配置するととも
に、レンズ４１１の前方位置及び後方位置にそれぞれ光
源４１及び光源４２を配置して構成してもよく、このよ
うに構成しても以上の効果を奏する。しかしながら、こ
こに示すように反射プリズム４１３−１，４１３−２を
設けると、隣合う前方の計測ユニットの後方光源４２及
び後方の計測ユニットの前方光源４１からの拡散光がレ
ンズ４１１に入射するのを阻止しない位置にそれぞれ位
置検出素子４１２−１及び位置検出素子４１２−２を配
置することが可能となるため、拡散光を集めるためのレ
ンズ４１１は、前記の前方光源４１及び後方光源４２に
対応して別々に設ける必要がなくなってこれらの光源４
１，４２からの拡散光を共に集光するように共通化する
ことができる。

【００４０】このように光源４１，４２からの拡散光を
集光するレンズを共通化すると、隣合う前方の計測ユニ
ットの後方光源４２及び後方の計測ユニットの前方光源
４１の各方向に基づいて当該中間計測ユニット４００で
計測される偏角は、これら前方光源４１及び後方光源４
２の各光軸Ｄ同士のなす角度（光源４１，４２の拡散光
が前後方向に直進するときの各出発点の中心位置とレン
ズ４１１の中心位置とをそれぞれ結ぶ各線同士のなす角
度）と正確に合致して、共通のレンズ４１１の中心位置
を頂点とする各光源４１，４２の光軸Ｄ同士のなす偏角
が計測されることとなる。その結果、その計測される偏
角は、レンズ４１１を前記のように前方光源４１及び後
方光源４２に対応して別々に設ける場合に比べて、当該
中間計測ユニット４００がピッチング方向及びヨーイン
グ方向に変位しても確実に変動しなくなるため、当該中
間計測ユニット４００の取付時の取付姿勢の不統一やそ
の後の外力による姿勢の変化にも一層影響されなくなっ
て地中掘進機の掘進位置をより正確に計測することがで
きる。

【００４１】中間計測ユニット４００は、前記のよう
に、これに組み込まれる光源４１，４２の拡散光を反射
プリズム４１３−１，４１３−２で隣合う前後の計測ユ
ニットに向けるように構成しているため、光源４１，４
２とレンズ４１１と反射プリズム４１３−１，４１３−
２との位置関係を適切に定めることにより、光源４１，
４２をレンズ４１１の中心に配置したのと等価の構造に
なるように構成することができる。こうした構造を得る
には、中間計測ユニット４００を次の条件を満たすよう
に構成すればよい。 イ）反射プリズム４１３−１（反射プリズム４１３−
２）の反射面の傾斜方向にに対して直交する平面上に、
光源４１（光源４２）とレンズ４１１の中心が共に位置
する。 ロ）反射プリズム４１３−１（反射プリズム４１３−
２）の反射面に対するレンズ４１１の光軸Ｃの交点と光
源４１（光源４２）との間の距離が同交点とレンズ４１
１の中心との間の距離に等しい。

【００４２】１個の中間計測ユニット４００を構成する
前後の光源４１，４２及びレンズ４１１の各中心位置が
異なる点に位置して一点に集中しないと、各計測ユニッ
ト４００，４００ａ，４００ｂ間で授受される光の光軸
Ｄが後述の見通し線Ｖ（隣合う計測ユニットの基準点
（レンズ４１１の中心）同士を結ぶ直線）と完全には一
致しなくなり、地中掘進機の掘進位置を高い精度で精密
に計測することはできなくなる。そのため、一層精度の
高い地中掘進機の位置計測が必要な場合には、こうした
光の光軸Ｄと見通し線との不一致に起因する計測誤差を
なくすように、中間計測ユニット４００の基準点と光源
４１，４２との位置関係や中間計測ユニット４００のピ
ッチング及びヨーイングによる姿勢傾斜値に基づいて、
光源４１，４２の方向に関する検出結果につき補正をす
る必要がある。

【００４３】一方、前述したように、中間計測ユニット
４００をイ）及びロ）の条件を満たすように構成して光
源４１，４２をレンズ４１１の中心に配置したのと等価
の構造になるように中間計測ユニット４００を構成すれ
ば、計測ユニット４００，４００ａ，４００ｂ間で授受
される光の光軸Ｄを見通し線と正確に一致させることが
できるので、前記のような検出結果の補正をしなくて
も、地中掘進機の掘進位置を一層高い精度できわめて精
密に計測することができる。したがって、こうした効果
と光源４１，４２の拡散光を集光するレンズを共通化し
た点の前述の効果とが相俟って、中間計測ユニット４０
０が地中掘進機のピッチングやヨーイングによって傾斜
したときでも、前記のような補正を要することなく、地
中掘進機の掘進位置をきわめて精密に計測することがで
き、そのため、こうした高精度の地中掘進機の位置計測
を行う場合でも、掘進時に中間計測ユニット４００の姿
勢を逐一計測して管理する手間を要しない。

【００４４】この地中掘進機の位置計測装置は、以上述
べたような従来の技術にはみられない優れた効果を発揮
するが、広い領域を照らす拡散光の光源４１，４２を用
いていることから、複数の光源を点灯した状態で或る光
源の光の受光位置を検出しようとする場合、掘削した地
下坑２の形態や計測ユニットの配置状態によっては、検
出しようとする光源と別の光源の光が計測ユニットにノ
イズとして入射して外乱が生じ、検出結果に無視できな
い影響を及ぼすことが判明した。例えば、地中掘進機の
掘進過程で、図４に示すように、１から５の計測ユニッ
トを設置し、３の中間計測ユニット４００で２の中間計
測ユニット４００の前方光源４１及び４の中間計測ユニ
ット４００の後方光源４２の受光位置を検出している場
合において、基点計測ユニット４００ａの前方光源４１
及び被測点計測ユニット４００ｂの後方光源４２を点灯
していたとすると、３の中間計測ユニット４００での計
測に関係のないこれらの計測ユニット４００ａ，４００
ｂの光源４１，４２の光が３の中間計測ユニット４００
に入射して外乱をもたらす恐れがある。本発明は、こう
した拡散光による計測に特有の問題を解消して、一層信
頼性の高い拡散光による計測が行えるようにしたもので
ある。以下、この点について言及する。

【００４５】この地中掘進機の位置計測装置で計測する
場合、計測ユニットを新設する度に計測を行うとともに
各計測ユニット４００，４００ａ，４００ｂ間でも予め
設定した間隔で計測して地中掘進機の現在位置に関する
データをリアルタイムに収集し、オペレータは、そのデ
ータに基づいて地中掘進機を予め設定した掘進路線に沿
って掘進させるように適宜方向修正する。こうして予め
設定した各計測地点で計測を行う場合、当該計測地点に
おいて基点計測ユニット４００ａから被測点計測ユニッ
ト４００ｂまでに至る全ての光源４１，４２についてそ
の方向を計測する。すなわち、既設の計測ユニットが時
間とともに外力等により微小変位する可能性があること
から、過去に計測が行われたか否かにかかわりなく全て
の光源４１，４２の方向について計測を改めて行う。ま
た、管推進工法では、埋設管に中間計測ユニット４００
を取り付けた状態で埋設管を推進するため、埋設管を推
進する都度、中間計測ユニット４００の位置が変動す
る。こうしたことからも、全ての光源４１，４２の方向
について計測を改めて行う。それゆえ、一計測地点で行
う光源４１，４２の方向の計測回数は、地中掘進機の掘
進が進展するにつれて増加して行く。

【００４６】各計測ユニット４００，４００ａ，４００
ｂでこうした光源４１，４２の方向の計測を行う場合、
常識的には、レーザビームによる計測のように各計測ユ
ニット４００，４００ａ，４００ｂを同時に作動させて
計測すればよいが、この位置計測装置では、計測の信頼
性の高めるため、こうした同時計測を行えないようにす
るための計測制御手段を設けている。この計測制御手段
は、各計測ユニット４００，４００ａ，４００ｂで光源
４１，４２からの光の受光位置を検出するときに、これ
らの計測ユニット４００，４００ａ，４００ｂで同時に
検出しないで逐次検出するようにし、その場合に、光の
受光位置を検出しようとする光源を予め設定した順序に
従って逐次点灯させて、その点灯させた光源と隣合う計
測ユニットで順次検出するよう制御するようにしたもの
である。

【００４７】その場合、中間計測ユニット４００が普通
の反射プリズム４１３−１，４１３−２を用いてレンズ
４１１を共通化したものであるときには、１個の中間計
測ユニット４００で隣合う前方、後方の光源４１，４２
を同時に計測すると、一方の光源の光を位置検出素子で
受光する際に他方の光源の光がノイズとして混じるた
め、各光源を個別的に点灯させるようにその点灯順序を
予め設定して、その設定した順序に従って各光源４１，
４２の方向を一つずつ計測する。また、中間計測ユニッ
ト４００が前部及び後部にそれぞれレンズ４１１を配置
して各レンズ４１１の背後に位置検出素子４１２−１，
４１２−２を配置したものであったり偏光反射プリズム
を用いたものであったりするときには、こうした問題が
生じないため、一つの中間計測ユニット４００で隣合う
前方、後方の光源４１，４２を計測する場合に限って光
源４１，４２を同時点灯させるようにその点灯順序を予
め設定し、その設定した順序に従って計測ユニット単位
で計測する。こうして各計測ユニット４００，４００
ａ，４００ｂで光源４１，４２からの光の受光位置を逐
次検出するようにしても、その検出しようとする光源と
別の光源の光が計測ユニットに入射すると外乱が生じる
ため、前記計測制御手段に光源制御手段を併設して検出
しようとする光源以外の光源を消灯するよう制御するよ
うにしている。

【００４８】ここで述べる地中掘進機の位置計測装置で
は、こうした計測自動制御手段や光源制御手段が中央演
算処理装置４に内蔵されている。そこで、これらの制御
手段を働かせることにより、複数の中間ユニット４００
がすでに後方に設置されている一計測地点において、地
中掘進機の掘進位置を計測する手順を、図５の流れ図を
用いて説明する。ここでは、説明の便のため、基点計測
ユニット４００ａから被測点計測ユニット４００ｂに向
けて、計測ユニット単位で順番に計測する場合を例にし
て説明する。各計測地点で計測しようとするときには、
各計測地点で地中掘進機の掘進を停止し、オペレータ
は、中央演算処理装置４に対してその都度計測開始の指
令操作を行う。図５の流れ図中の「開始」は、こうした
計測開始の指令操作を意味する。

【００４９】当該計測地点で計測開始の指令操作を行う
と、まず、基点計測ユニット４００ａと隣合う前方の中
間計測ユニット４００の後方光源４２が点灯して、基点
計測ユニット４００ａでの計測に必要な計測用の拡散光
が発せられる。そうすると、前述の光源制御手段は、こ
うした計測用の拡散光以外の拡散光すなわち不要拡散光
が存在するか否かをステップＳ１００で判定し、不要拡
散光が存在しないときには次のステップＳ１０２に移行
するが、もし、不要拡散光が存在するときにはＳ１０１
で不要拡散光の光源を消灯するように制御し、しかる
後、ステップＳ１０２に移行して前記後方光源４２の方
向に関する計測を基点計測ユニット４００ａで開始して
その光源４２の方向に関するデータを取得する。次い
で、こうした基点計測ユニット４００ａでの計測が終了
したか否かをステップＳ１０３で判定し、この１個の計
測が終了したと判定されたときには、当該計測地点での
全計測が終了したか否かをステップＳ１０４で判定す
る。当該計測地点での全計測が終了したときには、計測
自動制御手段により全ての光源４１，４２を消灯し、全
計測が終了していないときには、以上述べたのと同様の
手順により、当該計測地点での計測が未実施の残りの計
測ユニットについて順次計測を実施する。

【００５０】したがって、この基点計測ユニット４００
ａによる計測が終了したとステップＳ１０３で判定され
ると、ステップＳ１０４では、全体の計測が終了してい
ないと判定されて、次の１個の計測である基点計測ユニ
ット４００ａと隣合う前方の中間計測ユニット４００で
の計測に関係する光源が点灯する。すなわち、この中間
計測ユニット４００の隣前方の中間計測ユニット４００
の後方光源４２及び基点計測ユニット４００ａの前方光
源４１が点灯し、再び最初のステップであるステップＳ
１００に移行して、計測用拡散光以外の不要拡散光が存
在するか否かがステップＳ１００で判定される。このと
き、前回の計測に関与した基点計測ユニット４００ａの
隣前方の中間計測ユニット４００における後方光源４２
が点灯しているので、ステップＳ１０１において光源制
御手段が働いてこの不要拡散光の後方光源４２を消灯す
る。しかる後、ステップＳ１０２に移行し、基点計測ユ
ニット４００ａと隣合う前方の中間計測ユニット４００
によりその隣前方の中間計測ユニット４００の後方光源
４２及び基点計測ユニット４００ａの前方光源４１の方
向に関する計測を同時に開始してこれらの光源４２，４
１の方向に関するデータを取得する。

【００５１】これらの光源４２，４１の方向に関する計
測が共に終了したらステップＳ１０３を経てステップＳ
１０４に移行し、次の中間計測ユニット４００での計測
に関係する光源４１，４２が点灯する。以後、同様にし
てステップＳ１００〜Ｓ１０４を経て、これらの光源４
１，４２の方向に関する計測を終えるが、その場合、ス
テップＳ１０１において、前回の計測に関与した二つの
光源４１，４２を光源制御手段で消灯する。こうして中
間計測ユニット４００による１個の計測を必要回数繰り
返した後、被測点計測ユニット４００ｂによる隣後方の
中間計測ユニット４００の前方光源４１の計測が終了す
ると、当該計測地点での全計測が終了することとなるの
で、ステップＳ１０４で全体の計測が終了したと判定さ
れ、計測制御手段が働いて全光源４１，４２が消灯した
状態となる。その間、こうして計測された各光源４１，
４２の方向に関するデータと別途計測された距離に関す
るデータとに基づいて、当該計測地点における地中掘進
機の掘進位置が中央演算処理装置４で演算して計測され
る。

【００５２】計測制御手段を用いた以上のような計測
は、各計測地点４００，４００ａ，４００ｂでそれぞれ
行うが、そのときには、それぞれの計測地点でオペレー
タが単に計測開始の指令操作を行なえば、その後は、各
計測地点４００，４００ａ，４００ｂで以上述べたよう
な手順により地中掘進機の掘進位置の計測が自動的に行
なわれる。以上、光源４１，４２の方向を計測ユニット
単位で順番に計測する場合について説明したが、光源４
１，４２の方向を光源単位で順番に計測する場合につい
ては、各光源４１，４２を個別的に点灯させるように、
その点灯順序を計測制御手段で予め設定した後、地中掘
進機の掘進位置を各計測地点４００，４００ａ，４００
ｂで図５に示すような手順で計測すればよい。

【００５３】この地中掘進機の位置計測装置では、特
に、光源制御手段を設けて、各計測ユニット４００，４
００ａ，４００ｂで光源４１，４２からの光の受光位置
を逐次検出しようとするときに、光の受光位置を検出し
ようとする光源以外の光源を消灯させるようにしている
ので、その検出しようとする光源とは別の光源の拡散光
が計測ユニットに入射して外乱をもたらして検出結果に
悪影響を及ぼすようなことはなく、拡散光による計測の
信頼性も向上させることができる。また、この光源制御
手段を計測制御手段に併設しているので、こうした計測
の信頼性の高い地中掘進機の掘進位置の計測が各計測地
点で自動的に行なわれ、光源４１，４２の方向の計測回
数が増加しても、信頼性の高い計測を手違いなく簡便に
行なうことができる。以上の計測を行なう過程におい
て、光源制御手段では、不要拡散光の光源を消灯するよ
うに制御する働きをしているが、各計測ユニット４０
０，４００ａ，４００ｂでの計測を開始する際にその計
測に関係する必要拡散光の光源が実際に点灯しているか
否かを検出する手段も設けて必要拡散光の光源が点灯し
不要拡散光の光源が消灯していることを確認してから計
測を開始するように制御すれれば、光源４１，４２の方
向に関する信頼性の高いデータを確実に得ることができ
る。

【００５４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、「地下坑を掘削しながら地中を掘進する地中掘進機
の掘進位置の計測に用いられ、掘進方向前方に配置しそ
の掘進位置の指標となる被計測点の位置を、掘進方向後
方に配置し計測の基点となる計測基点との位置関係で計
測する地中掘進機の位置計測装置」を構成する場合、
「課題を解決するための手段」の項に示したように構成
しているので、本発明の地中掘進機の位置計測装置で
は、光源に拡散光を用いて計測時に光を位置検出素子に
当てる操作を不要にし機械的な計測誤差や振動による計
測誤差を生じにくい。また、中間計測ユニットを計測点
に取り付ける際に取付姿勢が不統一であっても、その取
付姿勢の影響を受けることなく地中掘進機の掘進位置を
正しく計測することができる。本発明の地中掘進機の位
置計測装置では、特に、光源制御手段を設けて、各計測
ユニットで光源からの光の受光位置を逐次検出しようと
するときに、光の受光位置を検出しようとする光源以外
の光源を消灯させるようにしているので、その検出しよ
うとする光源とは別の光源の拡散光が計測ユニットに入
射して外乱をもたらして検出結果に悪影響を及ぼすよう
なことはなく、拡散光による計測の信頼性も向上させる
ことができる。

【００５５】本発明を具体化する場合、特に、特許請求
の範囲の請求項２に記載のように具体化すれば、光源制
御手段により拡散光による計測の信頼性が高められるだ
けでなく、オペレータが計測開始の指令操作を行なえ
ば、こうした計測の信頼性の高い地中掘進機の掘進位置
の計測が各計測地点で計測制御手段により自動的に行え
て、光源の方向の計測回数が増加しても、信頼性の高い
計測を手違いなく簡便に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の具体化例の地中掘進機の位置計測装置
により地中掘進機の掘進位置を計測している状態の全体
像を概略的に示す図である。

【図２】図１の地中掘進機の位置計測装置に使用する中
間計測ユニットの例を示す斜視図である。

【図３】図２の中間計測ユニットを用いて地中掘進機の
掘進位置を計測するときの状態を部分的に示す斜視図で
ある。

【図４】本発明の具体化例の地中掘進機の位置計測装置
についての技術的意義を説明するための図１と同様の図
である。

【図５】図１の地中掘進機の位置計測装置に設けられる
制御装置を説明するための流れ図である。

【符号の説明】

１ 掘削機 ２ 地下坑 ３ 発進立坑 ４ 中央演算処理装置 ５ 表示装置 ４１，４２ 光源 ４００ 中間計測ユニット ４００ａ 基点計測ユニット ４００ｂ 被測点計測ユニット ４１１ レンズ ４１２−１，４１２−２ 位置検出素子 ４１３−１，４１３−２ 反射プリズム Ｃ レンズの光軸 Ｄ 光源の光軸 Ｖ 隣合う計測ユニット間の見通し線（光の光軸）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 亀井 健 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (72)発明者 下村 義昭 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 Ｆターム(参考） 2D054 AA02 AC01 GA04 GA42 GA62 GA82 GA94 GA97 2F065 AA03 AA07 DD12 FF04 FF49 GG07 GG12 JJ03 JJ26 LL04 LL12 LL37 LL46 NN02 PP26

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地下坑を掘削しながら地中を掘進する地
   中掘進機の掘進位置の計測に用いられ、掘進方向前方に
   配置しその掘進位置の指標となる被計測点の位置を、掘
   進方向後方に配置し計測の基点となる計測基点との位置
   関係で計測する地中掘進機の位置計測装置であって、前
   方に拡散光を発する光源と前方の光源からの拡散光の少
   なくとも一部を集光する集光手段と集光手段で集光した
   光源からの光を受光してその受光位置を検出する位置検
   出素子とを有し計測基点を設定する基点計測ユニット
   と、後方に拡散光を発する光源と後方の光源からの拡散
   光の少なくとも一部を集光する集光手段と集光手段で集
   光した光源からの光を受光してその受光位置を検出する
   位置検出素子とを有し被計測点を設定する被測点計測ユ
   ニットと、前方及び後方に拡散光を発する各光源と前方
   及び後方の光源からの拡散光の少なくとも一部をそれぞ
   れ集光する集光手段と集光手段でそれぞれ集光した各光
   源からの光をそれぞれ受光してその受光位置を検出する
   位置検出素子とを有し地下坑における基点計測ユニット
   と被測点計測ユニットとの間に配置される少なくとも一
   つの中間計測ユニットとを設けて、基点計測ユニット及
   び中間計測ユニットでの検出結果に基づいて得られる各
   光源の方向に関するデータと隣合う各計測ユニット間の
   距離に関するデータとに基づいて、計測基点に対する被
   計測点の相対位置を演算装置で演算して計測するように
   するとともに、各計測ユニットで光源からの光の受光位
   置を逐次検出しようとするときに光の受光位置を検出し
   ようとする光源以外の光源を消灯するように制御する光
   源制御手段を設けたこと特徴とする地中掘進機の位置計
   測装置。
2. 【請求項２】 各計測ユニットで光源からの光の受光位
   置を逐次検出しようとするときに、光の受光位置を検出
   しようとする光源を予め設定した順序に従って逐次点灯
   させて、その点灯させた光源と隣合う計測ユニットで検
   出するように制御する計測制御手段を設けたこと特徴と
   する請求項１記載の地中掘進機の位置計測装置。