JP2500659Y2

JP2500659Y2 - 発信機

Info

Publication number: JP2500659Y2
Application number: JP1992022820U
Authority: JP
Inventors: セオドア・ジェイ・マークリー; ゲイリー・エル・ケイン; ローレンス・ジェイ・マイアーズ; テッド・エル・ティーチ; ジョセフ・エフ・ランド
Original assignee: スペクトラ−フィジックス・レーザープレーン・インコーポレーテッド
Priority date: 1985-10-18
Filing date: 1992-04-10
Publication date: 1996-06-12
Anticipated expiration: 2001-10-17
Also published as: EP0223043A2; JPH0676812U; EP0223043B1; AU591924B2; EP0223043A3; DE3683449D1; AU6205586A; JPS6295418A; CA1273486A; US4679937A

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は電磁放射線の非平面基準
円錐を供給する発信機に関する。

【０００２】

【従来の技術及びその問題点】電磁放射線は水準測量と
照準用の基準を供給するために建設業で利用されてい
る。該電磁放射線は直線に沿って伝播し、ずっと連続し
た基準を提供することができ、携帯可能な装置に組み込
むことが可能であるので、特に有用であると考えられて
いる。従来の照準技術では、２人もしくはそれ以上の作
業者が必要であったが、今やただ１人で同等もしくはそ
れ以上の正確さを持って同じ仕事をすることができる。

【０００３】全方位性の水準あるいは照準能力を有する
ことがしばしば望まれる。例えば、天井を吊したり、コ
ンピュータの床を据え付けたりあるいは地面をならした
りする際に、天井、床あるいは地面の各点を共通の水平
面に位置付けることが望まれている。

【０００４】全方位性の放射線場は平面状に作ることが
でき、全方位性の照準能力を提供する。しかしながら水
準測量については、その平面自体が極度に水準に近くな
ければならない。これは平面の水準におけるわずかな誤
差でさえも、平面の発信機からの距離に比例する要因に
より増幅されるからである。発信機から３０．５ｍ（１
００フィート）離れた基準測量に対して、その平面の方
向での水平面からたった１度の誤差によって、その基準
測量は所望の高さから５３センチ（２１インチ）ずれる
結果となる。この誤差は、通常許容できないものであ
る。

【０００５】さらには、発信機が使用される度毎に、水
平について所望の精度を提供するために、建築現場でそ
の放射平面を慎重に水平にすることは経済的に可能でな
い。また、特に、長い距離での照準適用については、照
準平面が妥当でない。これは、地球の表面が曲面である
ので、照準平面が不正確となり照準目的として適当でな
いことによる。約３０５ｍ（１０００フィート）で照準
ツールとして光の平面を使用することを考えてみると、
地球表面の曲率により、照準誤差は約７．２ｍｍ（０．
２８４インチ）となるであろう。水平面を作り出す代り
に、地球の曲率に追従する電磁放射線の下向する基準円
錐が望ましいものとなるであろう。したがって、建設現
場で素速く且つ容易に準備でき、また地球の曲率に実質
的に追従して基準平面より一層正確な照準を作る非平面
基準円錐を作り出すことができる発信機を求める要求が
存在する。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】本考案の主目的は、地
球の曲率に関して正確に水平な放射線の非平面基準円錐
を与える発信機を提供することにある。

【０００７】本考案の他の目的は、迅速かつ容易に準備
でき、しかも地球の曲率に関して正確に水平な放射線の
非平面基準円錐を与える発信機を提供することにある。

【０００８】本考案のもう一つの目的は、正確に水平な
放射線の非平面基準円錐の耐久性ある発信機を提供する
ことにある。

【０００９】本考案のさらにもう一つの目的は、安価に
製造できる正確に水平な放射線の非平面基準円錐の発信
機を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本考案によれば、電磁放
射線場が伝播する、照準システムのための発信機であっ
て、シャシーと；該シャシーを水平にする手段と；該シ
ャシーに固定されていて、電磁放射線のビームを提供す
る放射源と；該放射源に向かって収束している反射面を
有し、該電磁放射線のビームを全方向性の放射線基準場
へ向け直す光学偏向器と；該放射源と対向する位置にあ
って、該光学偏向器を保持するための保持手段と；下端
が該光学偏向器に固定されており、上端が該保持手段に
固定されている片持梁の全方向性の剛性を有する金属ワ
イヤからなる可撓性の支持手段であって、該電磁放射線
のビームに関してシャシー水準と整合された位置に、該
ビーム内で該光学偏向器を維持する支持手段と；を含ん
でなり、該放射源から放射された電磁放射線のビーム
は、整合された位置にある該光学偏向器によって全方向
に向け直されて、ある水準方向の放射線の基準場を形成
し、該全方向性の剛性を有する支持手段は、該シャシー
の方向における水準からの角度誤差が生じると、前記整
合されている光学偏向器を該整合された位置から偏位さ
せて、該光学偏向器により反射された電磁放射線のビー
ムによって規定される基準場を前記ある水準方向と同じ
水準方向に維持することを特徴とする発信機が提供され
る。

【００１１】ここで、ある水準方向の放射線の基準場と
は、地球の曲率に追従する非平面基準円錐として伝搬す
る電磁放射線の基準場を好ましく意味する。

【００１２】本考案の発信機は、電磁放射線の場が非平
面基準円錐として伝播する照準システムのために有用で
ある。該発信機は、ビームの軸線に平行に方向付けられ
た電磁放射線の平行にされたビームを供給する放射源を
含む。全方向性の剛性を有する金属ワイヤからなる支持
手段である懸架装置が、そのビームの中で光学偏向器で
ある錘りを支持する。該錘りは、平行にされたビームを
円錐状に反射する円錐状の反射面を有する。該懸架装置
は、全方向性の剛性を有しているので、該錘りに対し
て、該錘りの垂直軸方向からの角度的偏位を与える。該
角度的偏位は、発信機の初めの据え付けの際の小さな誤
差あるいは変化を正確に補償する。理想的には、該錘り
と垂直軸方向との間の偏りは、ほぼ角度誤差の１／２で
ある。

【００１３】この構成によれば、該発信機は自己水平型
である。現場に据え付けるに際して、その発信機は正確
に水平にされる必要はなく、気泡型水準器の精度の範囲
内で水平にされていればよい。これは迅速にしかも容易
になし得る。気泡型水準器に要求される程度の水平化で
は、射出する放射線の基準円錐について必要とされるほ
ど正確に、該発信機が水平にされるということにはなら
ないが、それにもかかわらず、該発信機から射出される
放射線の基準円錐は、地球の曲率に関して非常に正確に
水平にされ、発信機から比較的遠い距離であっても正確
な基準測定を提供することができる。

【００１４】本考案の構成によれば、ビームの中に錘り
（光学偏向器）を懸架するのに片持梁のストランド（全
方向性の剛性を有する金属ワイヤからなる支持手段）が
採用される。該片持梁のストランドは、蓋（保持手段）
に固定される上端と錘り（光学偏向器）に固定される下
端と、を有する。その片持梁のストランドは全方向に均
一な剛さ特性を有し、許容し得る誤差範囲にわたって線
型である。

【００１５】他の観点において、ハウジングが錘り（光
学偏向器）を囲んでいる。そのハウジングは内表面と外
表面とを有し、透明材料で作られており、反射されたビ
ームが内表面から外表面へハウジングを通過できる。そ
のハウジングは反射面の効率に影響し得る埃や湿気から
錘りを守り、錘りの運動を減衰して発信機を衝撃や振動
に抵抗あるものとするために透明液体で満たすことがで
きる。またハウジングの内側及び外側表面は円錐形にし
て、それぞれの内側及び外側表面の円錐角度の間の関係
を非平面基準円錐の方向に対する温度の影響を最小にす
るように選ぶことができる。この形では、放射線は錘り
からある角度で基準円錐へ反射される。次いで該放射線
は、ハウジングを通過する時の屈折により方向が調節さ
れ、ハウジングから非平面基準円錐になって現われる。
該非平面基準円錐は、発信機から比較的遠い距離におい
てさえも地球の曲率に関して水平である。

【００１６】他の観点においては、発信機は、ビームの
軸と垂直との間の角度誤差が許容範囲外となった時点を
検出する検出手段を備えている。その検出手段は、錘り
（光学偏向器）の下にある距離をおいて配置された検出
手段と、放射線を検出手段へ向けて反射し返す錘り（光
学偏向器）の上の反射面を含む。一実施例においては、
その検出手段は円錐状の反射面により反射された光の輪
を検出するように配置された一対の検出器を含む。他の
実施例においては、その検出手段は単一の検出器を含
み、反射面はある角度で平面であって、検出器にほぼ円
形の光のスポットを反射する。

【００１７】

【作用】上記全方向性の剛性を有する金属ワイヤからな
る支持手段によって、光学偏向器の錐軸を電磁放射線の
ビームの軸線と整合する位置に維持し、且つシャーシー
がその水準方向からずれた場合には、該ずれの方向にか
かわらず、３６０度全方向いずれの方向でも、与えられ
た誤差と同じ偏りで光学偏光器を偏位させて、電磁放射
線のビームの軸線、該光学偏光器の錐軸とを整合するこ
とができる。こうして、該発信機から放出される電磁放
射線のビームは、常に一定の水平方向の基準場を形成す
ることができる。

【００１８】よって、本考案の発信機によれば、地球の
曲率に関して正確に水平な放射線の非平面基準円錐が提
供される。また、該発信機は、使用に際して、建築現場
等において、迅速かつ容易に準備することができる。さ
らに、耐久性に優れ、安価に製造することができる。

【００１９】

【実施例】以下、図面に基づいて、本考案をさらに詳細
に説明するが、本考案はこれらに限定されるものではな
い。

【００２０】図１は操作状態にある本考案の発信機１０
を示している。発信機１０は三脚台１２の上に所望の角
度で水平に装着されている。発信機１０は非平面の基準
円錐１４の状態での電磁放射線場を放射し、その基準円
錐はその基準円錐に沿う各点で地表からほぼ等距離とな
るのに十分な量だけ、水平から傾いている。すなわち、
その基準場は、発信機１０からある距離だけ離れた位置
においては、その位置の発信機１０の回りの角度位置に
かかわらず、ある水平な面から等しい高さ位置にある。
このような基準場の向きを同じ水準となる向きという。

【００２１】基準円錐１４は遠隔配置された受信機１５
により検出され、各受信機１５を基準円錐１４の高さに
位置させる。本考案の発信機１０と共に使用するのに適
した受信機１５は、１９８５年１０月１８日に出願され
た「変調場を備えたレーザー照準装置」なる名称の米国
特許出願第７８８，７６４号により完全に記載されてい
る。

【００２２】基準測量の信頼性は基準円錐１４がいかに
水平であるかということと、基準測量がなされる発信機
１０からの距離による。この距離は約３０５ｍ（１００
フィート）かそれ以上のオーダである。同じ利用におい
て、要求される正確さは１インチあるいは１インチの何
分の１かで計られればよい。

【００２３】図２乃至図４を参照するに、発信機１０は
水平基板１８の上に支持されたシヤシー１６を有する。
バッテリー２０（図５に点線で示されている）がシヤシ
ーに内蔵されて、発信機１０のための電源を供給してい
るので、発信機は携帯可能となっている。気泡式の水平
指示器２２がシヤシー１６に備えられ、装着板１８を調
整することにより比較的粗く、発信機１０の水平出しを
するようになっている。低バッテリー指示燈２３と非水
平指示燈２４がオン−オフスイッチ２５と共にシヤシー
１６のフロントパネルに備わっている。

【００２４】図５及び図６を参照すると、放射源２７と
反射アセンブリ２８を含む灯台アセンブリ２６が発信機
１０の主要構成部分を成している。放射源２７は電磁放
射線の平行ビームを反射アセンブリ２８の底部の中へ供
給する。反射アセンブリ２８は平行ビームを基準円錐に
向け直し、平行ビームを反射アセンブリ２８から地上の
曲率に近づくように下方向へ円錐状に出射される。

【００２５】放射源２７は下側ハウジング３０と上側ハ
ウジング３１とを含む。図６でよくわかるように、下側
ハウジング３０の頂部の環状溝が上側ハウジング３１の
下端部を収受し、下側ハウジングは３本のボルト３３で
上側ハウジングに固定されている（図１４）。エミッタ
ー３４（本実施例においては７８０ナノメータの公称波
長で放射線を放射する３．５ミリワットのレーザーダイ
オードである）が、囲い板３６内に接着されている。囲
い板３６は放射線が放射源から伝播できるようにする穴
３７を有し、截頭円球状の外表面３９を有する。截頭円
球状の外表面３９は下側ハウジング３０に形成された円
錐形表面４０により収受され、エミッター３４の照準が
できるようにする。エミッター３４が以下に説明するよ
うに適切に照準付けされると、囲い板３６は位置４１に
おいて下側ハウジング３０に接着される。

【００２６】エミッター３４からの放射線は次にステア
リングウインドー４４に入射する。ステアリングウイン
ドー４４の目的は、エミッター３４からの放射線の照準
をするのに正確な調整を可能とすることにある。ステア
リングウインドー４４による照準はステアリングウイン
ドーの方向付けを変えることにより行なわれ、スナップ
リング４８によりフレーム４７に保持されている平面レ
ンズ４６を通る際の屈折により、放射線の方向を変え
る。フレーム４７は下側ハウジング３０に３点支持装着
され、ステアリングウインドー４４の方向付けを調整で
きるようにしている。図１０でよくわかるように、下側
ハウジング３０に棚５０が形成され、その棚は上側に開
口した凹所を有し、その凹所の中にフレーム４７の丸い
突起５１が、ステアリングウインドーを傾斜させること
ができるのに十分な隙間を備えて嵌っている。他の２点
の支点は、一対の調整ネジ５２により提供される。

【００２７】図９に示されるように、フレーム４７は下
側ハウジング３０のスロット５５を通って延びる首状部
５４を有する。腕５７と５８が、首状部５４の各側から
調整ネジ５２へと延びている。各腕５７と５８の端部に
は図１１と図１２でよくわかるようにスロット５９を備
え、スロット５９に突き出るナイフエッジ体６０が各腕
に形成されている。各調整ネジ５２は、スロット５９の
１つに嵌ってナイフエッジ体６０を支持するブロック６
１の中にネジ係合している。ナイフエッジ体６０は、ブ
ロック６１の穴６３にステアリングウインドー４４が傾
斜するのに十分な隙間を備えて嵌たれた突起６２を備え
ている。ステアリングウインドーを下方に偏倚させるた
めに、圧縮バネ６５がステアリングウインドー４４と上
側ハウジング３１のフランジ６７との間に備わってい
る。

【００２８】ステアリングウインドー４４を通過した
後、放射線は上側ハウジング３１内に配置された平行レ
ンズアセンブリ７０に入射する。平行レンズアセンブリ
７０は、入射して来る発散する放射線を向け直して、レ
ンズアセンブリ７０の長手方向軸線に平行なビーム軸に
平行に伝播させる。平行レンズアセンブリ７０は、スリ
ーブ７２、３枚のレンズ７３、７４及び７５、レンズの
間のスペーサ７７と７８、及びレンズをスリーブ７２に
保持するためのカラー７９を有する。図示のタイプの平
行レンズは光学技術分野ではよく知られており、例えば
ＮｅｗＹｏｒｋ１１５４２，ＧｌｅｎｎＣｏｖｅの
ＵｎｉｖｅｒｓｅＫｏｇａｋｕ（Ａｍｅｒｉｃａ）の
ような供給元から入手可能である。レンズアセンブリ７
０は上側ハウジング３１の中で摺動可能で焦点合わせが
できる。レンズアセンブリ７０が適切に焦点合わせをな
されると、スリーブ７２が上側ハウジングに位置８１で
接着される。

【００２９】調整ネジ５２は、各々上側ハウジングのフ
ランジ８３により収受される肩部８２を有する。肩部８
２は溝を有し、その中に振動や不測の操作に対して調整
ネジ５２の調整を保持するためにＯ−リング８５が配置
されている。調整ネジ５２のスロットの設けられた端部
８６が保持リング８８を通って上に延びており、調整ネ
ジ５２は発信機１０の外側から操作可能である。保持リ
ング８８は放射源２７を発信機１０に固定して、放射源
に反射アセンブリ２８をクランプ留めするために３本の
ボルト９０により発信機１０に取付けられる。

【００３０】平行化されたビームは、ハウジング９４に
より画成された内側のスペース９３を密閉する平面レン
ズ９２を通って、反射アセンブリ２８の底部へ入る。ハ
ウジング９４は、内側表面９５、外側表面９６とを有し
ており、且つアクリル樹脂のような透明材料で作られて
いる。ハウジング９４は、保持リング８８により上側ハ
ウジング３１に対してクランプ留めされるフランジ９８
を有する。Ｏ−リング９９がフランジ９８と保持リング
８８との間に介在し、埃や湿気に対して灯台アセンブリ
２６の内部を密閉する。４つの等間隔に配された半球状
体１００がフランジ９８の下側面に形成され、上側ハウ
ジング３１の溝１０１の中に収受される。溝１０１は半
球状体１００とほぼ同じ幅であるが、半球状体が上側ハ
ウジング３１に対して半径方向で動けるようになってい
る。この構成により、ハウジング９４の熱膨張と収縮が
可能となる。

【００３１】放射源２７からの平行化されたビーム（平
行ビーム）は次に、内側スペース９３に配置された錘り
（光学偏向器）１０２に入射する。錘り（光学偏向器）
１０２は、入射して来る平行ビームの方に向いた截頭円
錐状表面１０３を有する。平行ビームは、表面１０３に
より反射されて、該表面１０３から水平に対してある角
度で、平面ではなくハウジング９４内で円錐を形成する
ように（詳細は後述する）、円錐状に出射する。錘り
（光学偏向器）１０２はアルミニウム製でよく、その円
錐面１０３は鏡面仕上げを呈するようダイアモンド研削
されている。

【００３２】本実施例では、錘り（光学偏向器）１０２
は、直径０．２３ｍｍ（０．００９インチ）のステンレ
ススチールの針金である片持梁のストランド（金属ワイ
ヤ）１０５により、内側スペース９３内に吊されてい
る。片持梁のストランド（金属ワイヤ）１０５の上端
は、錘り（光学偏向器）１０２の中に螺入された締結具
１０６に備えられた圧入固定部により、錘り（光学偏向
器）１０２に固定される。圧入固定は、ストランド１０
５の下端部にテーパを付け、そのテーパ部分を締結具１
０６の穴１０７の上端部に挿入することにより行なわ
れ、その穴１０７はストランド１０５のテーパの付いて
いない直径よりわずかに小さい。そして、テーパの付い
た端部は穴１０７の反対側から掴まれ、ストランド１０
５はそれが穴１０７の中で締結具１０６と干渉するまで
引張られる。

【００３３】同じ連結方法が、錘り（光学偏向器）１０
２を保持する蓋（保持手段）１０９に、ストランド（金
属ワイヤ）１０５の上端部を固定するのに用いられる。
ストランド（金属ワイヤ）１０５は、蓋（保持手段）１
０９の中の孔１１２，１１３，１１４を含んだ縦の通路
１１０を通って上へ延び、上述の方法で穴１１５の中に
圧入固定される。孔１１８，１１９，１２０を含む横方
向の通路１１７が縦方向通路１１０と連通している。ゴ
ム製のダイアフラム１２２が横及び縦通路を埃と湿気か
ら密閉している。

【００３４】蓋（保持手段）１０９は、蓋１０９の穴１
２５を通って上へ延びる４つの突起１２４によりハウジ
ング９４に取付けられる。突起１２４の端部は杭打ち作
業で拡げられ、蓋（保持手段）１０９をハウジング９４
に固定する。蓋（保持手段）１０９の周囲に配置された
Ｏ−リング１２７が内側スペース９３を密閉する。

【００３５】日除け１２９が蓋１０９の上に嵌められて
いる。日除け１２９は不均一な太陽熱から反射アセンブ
リ２８を遮蔽し、較正に影響を与える反射アセンブリの
不均一な熱膨張を防止する。

【００３６】地表の曲率に近い非平面の基準円錐を提供
するのに、発信機１０は次のように較正される。最初に
平行レンズアセンブリ７０の縦軸が鉛直に合わせられ
る。次に、蓋１０９の頂部を適当な工具で掴んで僅かに
曲げ、錘り（光学偏向器）１０２の円錐面１０３の縦軸
を鉛直にするようにして、レンズアセンブリ７０と円錐
面１０３の縦軸が互いに平行で、共に鉛直となるように
する。蓋１０９を曲げるのは、蓋の壁が位置１３１で比
較的小さい断面となっているので容易である。

【００３７】ハウジング９４から出て来る放射線の基準
円錐の円錐方向エネルギー分配において、実用的といえ
る均一性を与えるために、発信機１０が垂直にされると
きに、円錐表面１０３の縦軸はエネルギー中心、すなわ
ち入射して来る平行ビームのビーム軸線に合わせられね
ばならない。これは、出射する基準円錐の各求積四角形
において検出されるエネルギーが反対側の求積四角形に
おいて検出されるエネルギーにほぼ等しくなるように、
エミッター３４を照準合わせすることにより、おおまか
に調整される。それ以上精密な調整はステアリングウイ
ンドー４４によりなされる。調整ネジ５２を回すことに
よりステアリングウインドーの方向付けが調整され、入
射して来る放射線ビームがステアリングウインドー４４
のレンズ４６を通過する際に、屈折により方向変えされ
る量と方向が決定される。調整ネジ５２は、各求積四角
形において検出されるエネルギーが反対側求積四角形に
おいて検出されるエネルギーにできるだけほとんど等し
くなる迄、回転させられる。

【００３８】発信機を較正して垂直にし、そして平行ビ
ームのビーム軸線を円錐表面の軸線に合わせるために、
単一の較正用備品が使用される。その最も単純な形式と
して、その備品は前記の米国特許出願第７８８，７６４
号に開示された受信機１５を４つ含む。受信機１５は基
準円錐の中心から等距離に配置され、各受信機は隣の受
信機から角度的に９０°隔てられている。灯台アセンブ
リ２６を垂直に保つようにされたある備品が中心に据え
られ、垂直に調整可能である。そして蓋１０９が調整さ
れ、全ての４つの受信機が、基準円錐が整合しているこ
とを示すこととなる、同一度にあることを示す迄、その
備品の垂直高さが調整される。

【００３９】平行ビームのエネルギー中心が円錐表面１
０３の軸線と合った時の合図をするために、受信機は各
々が検出しているエネルギーの合計量を指示するように
改造可能である。各受信機により検出された全エネルギ
ーが１８０°反対側の受信機により検出されたエネルギ
ーに等しいならば、平行ビームのエネルギー中心（ビー
ム軸線）は円錐表面１０３の軸線に合っているというこ
とになる。平行ビームの断面は必ずしも円形とは限ら
ず、むしろ楕円となるであろうから、１８０°反対側の
受信機により検出されるエネルギーが比較されねばなら
ない。又、より正確にするために、中心調整が行なわれ
た後に水平調整を繰返すことが望ましい。

【００４０】最後の較正のステップは、較正された灯台
アセンブリ２６をシヤシー１６の中に平行レンズ７０の
軸線（そして円錐表面１０３の軸線も）を垂直な状態で
据え付けることである。気泡式水準器２２がその時発信
機が水平であることを指示するよう調整される。

【００４１】現場では平行レンズ軸線が常に鉛直とは限
らない。むしろ平行レンズ軸線と鉛直との間に少しの誤
差があるのが普通である。しかしながら、少しの誤差で
も、特に読取が発信機から比較的大きい距離で行われる
ときには、不完全な基準の読取という結果となる。

【００４２】平行レンズ軸線と鉛直との間の誤差を補償
するために、本考案の発信機は鉛直付近での誤差範囲内
で自己水平型である。上記の如く、もし平行レンズ７０
の軸線が鉛直ならば、ハウジング９４から放射する電磁
放射線は地表の曲率に近い非平面基準円錐状となる。も
し平行レンズ軸線と鉛直との間に誤差があると、片持梁
のストランド（金属ワイヤ）が全方向性の一定の剛性を
有するので、錘り（光学偏向器）１０２は、その誤差よ
り少ないある量だけ平行ビームに対して偏よる。偏より
の量は、錘り／ストランドアセンブリの重さと、片持梁
ストランドの剛さと長さに依存する。

【００４３】最適なものとしては、ストランド１０５、
ネジ１０６そして錘り１０２は平行レンズ軸線と鉛直と
の間の誤差の１／２にほぼ等しい偏りを提供するように
選ばれる。円錐表面軸線のこの偏り量で、非平面基準円
錐の軸線は垂直に留まり、基準円錐１４はその適切な方
向で地表に向って出射され続ける。したがって基準円錐
１４は、発信機１０と鉛直との間に誤差があったとして
も、基準円錐に沿って各点で地表からほぼ等距離となる
のに十分な量だけ、水平から傾き続ける。すなわち、基
準円錐１４は、同じ水準となる向きを維持することがで
きる。これは反射の法則により、入射角が反射角に等し
いからである。錘り（光学偏向器）１０２の方向の変化
は入射角と反射角の両方に影響するので、錘り（光学偏
向器）１０２の偏りは、発信機１０と鉛直との間の誤差
の１／２とすべきであり、これにより出て来る基準円錐
の方向には何の変化も与えない。

【００４４】ストランド１０５は、ストランド（金属ワ
イヤ）の軸線に対して直角な全方向において同じ剛さで
あること、すなわち全方向性であることが重要である。
これは、誤差の方向にかかわらず、与えられた誤差につ
いての錘り（光学偏向器）の偏りが同じとなるために、
重要である。ストランド（金属ワイヤ）を蓋（保持手
段）１０９と錘り（光学偏向器）１０２とに装着する圧
入固定手段によって、ストランド（金属ワイヤ）が蓋１
０９とネジ１０６に取付けられるところでの捩れや坐屈
を防止することにより、剛性であるストランド（金属ワ
イヤ）１０５の全方向均一性を確保することができる。

【００４５】錘り（光学偏向器）１０２の運動を減衰さ
せるために、内側スペース９３、縦方向通路１１０そし
て横方向通路１１７は、透明流体１３０で満されてい
る。流体１３０は粘性があって良好な減衰特性を与え
る。実際に、ダウケミカル株式会社により商品番号Ｄｏ
ｗ２００で売られているシリコン流体が適していること
が判明した。ダイアフラム１２２が流体１３０を反射ア
センブリ２８内に密閉する。流体が温度変化のために膨
張し収縮した際に、ダイアフラムが反射アセンブリ２８
内に空所が生成されるのを防止するように、ダイアフラ
ム１２２は周囲温度にある流体１３０により僅かに圧力
を受けているのが望ましい。

【００４６】使用される流体１３０は空気より大きい密
度を有する。したがって流体１３０は浮子／ストランド
アセンブリに対し浮力効果を有する。この浮力効果は、
もちろん錘り（光学偏向器）１０２とストランド（金属
ワイヤ）１０５を組み合わせる際に考慮され、鉛直から
の誤差の１／２にほぼ等しい錘りの偏りを与えるように
しなければならない。

【００４７】円錐表面１０３の角度は、ハウジング９４
から出射する放射線の所望の非平面基準円錐を提供する
ように選択される。屈折の影響により、反射されたビー
ムが流体１３０を通ってハウジング９４へ、そしてハウ
ジング９４から大気中へ通過する際に、その反射された
ビームは流体を貫通してあるいはハウジングを貫通して
通るので、図１３の放射線ダイアグラムに示されるよう
に、反射されたビームは基準円錐１４の角度ではない。
それどころか、流体とハウジング９４を貫通する放射線
の進路は２つの円錐を形成し、その各々は上方へ広が
る。したがって錘り（光学偏向器）１０２の円錐角度は
流体１３０とハウジング９４の材質の屈折率と、ハウジ
ング９４の内側表面９５と外側表面９６の角度に依存す
る。

【００４８】灯台アセンブリ２６の器械の傾斜が零であ
る典型的な使用の場合（平行ビームと錘り１０２の軸線
が垂直）、図１３の平行放射線は錘り（光学偏向器）１
０２の軸線に対する角度が好ましくは４５°より小さい
（錘り１０２の頂角“Ｃ”が９０°より小さい）表面１
０３に突き当り、反射された放射線が水平と角度θ₁を
形成することとなる。壁９５は鉛直に対して角度Ｙで傾
いている。反射された放射線（光の円錐）はハウジング
９４により屈折され、スネルの法則により導かれる微小
角度関係により、水平に対して角度θ₀にある非平面基
準円錐１４として出射する。

【００４９】 θ₀＝ｎ₁θ_i−（ｎ₁−１）Ｙ−（ｎ₂−１）（Ｘ−Ｙ）ここでｎ₁，ｎ₂，ＸそしてＹは後に定義される。角度
“Ｃ”、ｎ₁，ｎ₂，ＸそしてＹは温度の影響を最小に
し、基準円錐に沿って各点を地表からほぼ等距離に位置
付ける非平面基準円錐１４を形成するために、θ₀は水
平のわずか下に配置するように選ばれる。

【００５０】もし非平面基準円錐ではなく水平基準平面
が形成されると、約３０５ｍ（１０００フィート）で照
準誤差が約７．２ｍｍ（０．２８４インチ）で角度誤差
が０．００００２３４ラジアンとなる。非平面基準円錐
１４は水平平面よりもかなり信頼性のある照準ガイドで
ある。

【００５１】ここで問題となるのは、流体１３０とハウ
ジング９４の屈折率が温度により変化することである。
すなわち、ある温度である角度θ₀で基準円錐１４を発
生させる円錐角度、内側表面角度そして外側表面角度に
対して、他の温度で現われる円錐はθ₀ではない。発信
機１０はある温度範囲で操作可能でなければならず、発
生する基準円錐段階での小さな誤差が基準測定において
大きな誤差を生ずるので、出て来る基準円錐１４の角度
に対する温度の影響を最小にすることが望まれる。

【００５２】したがって、内側表面９５と外側表面９６
の角度は発生する基準円錐１４の角度への温度依存を最
小にするように整合させられる。図１３に示される如く
それぞれ外側表面及び内側表面の角度ＸとＹは次の関係
を満たすように選ばれる。

【００５３】

【式１】ここで、ｎ₁：流体１３０の第１の温度における屈折率ｎ₂：ハウジング９４の第１の温度における屈折率Ｎ₁：流体１３０の第２の温度における屈折率Ｎ₂：ハウジング９４の第２の温度における屈折率第１と第２の温度は、発信機１０の予測される操作温度
範囲の両端で選ばれるのが望ましい。

【００５４】上記の関係を満たすＸとＹの値が決められ
ると、角度θ_iは上に与えられた微小角の関係式により
決められる。そして円錐面の内角Ｃは次の如く求める。

【００５５】Ｃ＝９０°−θ_i 温度が変化すると、流体１３０の浮力も変化する。流体
１３０の浮力の変化は浮子／ストランドアセンブリの重
さに影響し角度θ_iを変化させる。浮力におけるこの変
化も、温度の発信機１０の操作への影響を最小にするた
めに、それぞれ外側壁と内側壁の角度ＸとＹを選ぶ際に
考慮されねばならない。

【００５６】温度が第１の温度から第２の温度へ変化す
る際の浮力における変化に原因する角度θ_iにおける変
化Δθ_iは、第１の温度における角度θ_ifから第２の温
度における角度θ_isを減じることにより計算できる。そ
のときＸとＹについての値は次の関係を満たすように選
ばれる。

【００５７】

【式２】ＸとＹの値が決められると、円錐角度Ｃが上述の如く、
好ましくは発信機１０が作動すると予測される最も一般
的な温度について決定される。この構成では円錐角度Ｃ
は常に９０°より小さいこととなる。

【００５８】錘り１０２（光学偏向器）の変位特性はあ
る範囲にわたって線型である。その範囲外では、錘り
（光学偏向器）の変位は垂直からの誤差のほぼ１／２で
はなくなり、出て来る放射線の基準円錐はその適切な方
向からずれる。したがって考案の他の見地は、錘り（光
学偏向器）１０２が容認し得る変位範囲外となるときを
検出する手段を提供することである。

【００５９】図１４に示される実施例では、一対の検出
器１３２（図６）が下側ハウジング３０の底部に備わっ
ており、下側ハウジング３０の縦軸の周りに互いに直角
に配置されている。検出器１３２は下方へ伝播する放射
線を検出する。図１５によれば、小さな反射円錐状反射
面１３４（誇張して示されているが）が錘り（光学偏向
器）１０２の下端部に形成されている。該円錐上反射面
１３４は平行ビームを反射して、該平行ビームを平行レ
ンズアセンブリ７０とステアリングウインドー４４を通
して送り返し、放射線の環を作る。その環は通常検出器
１３２の上に落ちて、該検出器１３２を作動させる。

【００６０】各検出器１３２は、検出器１３２の作動領
域の上側に形成された穴１３７を有するマスク１３６
（図６）により覆われている。各マスク１３６は弾力が
あり、ネジ１３９により下側ハウジングに装着されてい
る。もう１つのネジ１４０が検出器１３２の作動領域の
上の穴１３７の位置を調節するのに用いられる。各マス
ク１３６の穴１３７は寸法を合わせて作られ、錘り（光
学偏向器）１０２の変位が線型変位範囲を超えた場合
に、少くとも検出器１３２の１つにより受取られるエネ
ルギーが、その検出器を作動しないようにするに十分な
ほど減少させられるように、各マスク１３６は調節され
る。検出器１３２の少くとも１つの非作動化は、操作者
に発信機１０が水平からはずれているという信号を発生
するのに用いることができる。その信号が操作者にどの
ように伝えられるかについての完全な説明については、
上に引用した米国特許出願第７８８，７６４号を参照さ
れたい。

【００６１】他の実施例においては、単一の検出器１３
２が用いられる。この実施例においては、錘り（光学偏
向器）１０２の端部は図１６に示される如く（誇張され
ているが）、ほぼ円形の平らな反射面１３９を供する角
度で切り取られている。平らな、角度のついた面１３９
はエミッター３４に隣接した単一の検出器１３２の位置
にほぼ円形の放射線のスポットを供する。穴１３７は寸
法を合わせて作られ、マスク１３６は錘り（光学偏向
器）１０２が、線型範囲からそれて、そのスポットが十
分にはずれた時に検出器を非作動化するように調整され
る。

【００６２】図１６の実施例においては、放射線のスポ
ットは半径方向で検出器１３２と一直線にならねばなら
ない。半径方向の位置合わせを可能とするために、上側
ハウジング３１の頂部の環状の溝１４２内で回転可能な
環状リング１４０に溝１０１が形成される。放射源２７
に対して反射アセンブリ２８を回転させることにより角
度位置合わせが完了すると、ネジ９０が締められ反射ア
センブリを正しい位置にクランプする。

【００６３】現場では、発信機１０は錘り（光学偏向
器）１０２の偏位の線型範囲内だけで水平にされればよ
い。この精度は、気泡型水準器２２が発信機１０が水平
であることを指示するまでぎざぎざのついたホイール１
４５を調節することにより得られる。各ホイール１４５
を回すことによりシヤシー１６に螺合されたネジ１４６
が回転する。ネジ１４６は一緒に留められた板１４９と
１５０の間に嵌った半円球状端部１４８を有する。ボー
ル１５１がホイール１４５の回転を容易にし、ネジの切
られたスリーブ１５２が三脚１２の上に基板１８を装着
するために板１４９の一部として備えられているので便
利である。

【００６４】錘り（光学偏向器）１０２’の動きを減衰
させるのに適した実施例が図１８に示されている。それ
は流体１３０を有さず、代りに錘り（光学偏向器）１０
２’の運動を減衰させるのに磁性物質を採用している。
それは環状のセラミック磁石１６０（図１９）を含み、
その磁石は錘り（光学偏向器）１０２’の上部に位置１
６１で接着されている。磁石１６０はその各面に等間隔
で配置された等しい強さの６個の磁極を有する。一面の
各磁極の直ぐ下に反対の磁極がある。磁石１６０の上に
ネジ１６３により蓋（保持手段）１０９’に取り付けら
れた保持リング１６２がある。保持リング１６２は、強
磁性材料で作られた磁場のための低磁気抵抗通路を提供
する。蓋（保持手段）１０９’と日除け１２９’は、磁
気減衰手段を収容するために幾分変更されている。

【００６５】磁石１６０は錘り（光学偏向器）１０２’
の中へ下方へ延びる磁束線を発生させる。錘り（光学偏
向器）１０２’は伝導性材料で作られているので、錘り
（光学偏向器）１０２’が動くとその中に過電流が発生
する。該電流は、磁石１６０により発生する磁場に対し
て反対の磁場をつくり出す。反対向きの磁場は運動に対
する抵抗となるので、錘り（光学偏向器）１０２’の振
動を減衰することができる。

【００６６】上述の磁気減衰手段を用いることにより、
流体１３０が不要となる。したがって放射線は内側スペ
ース９３’の空気中を通る。このことは、上に与えられ
た等式の中のｎ₁あるいはＮ₁ が空気についての屈折率と
なり、該屈折率は約１．０であるから放射線ダイアグラ
ム解析を単純化することができる。また、錘り（光学偏
向器）１０２’への浮力効果も磁気減衰装置については
省略して良い。

【００６７】また図１８の実施例については、ストラン
ド（金属ワイヤ）１０５’は錘り（光学偏向器）１０
２’と蓋（保持手段）１０９’とに固定されており、多
少図６の実施例と異なっている。図１８の実施例では、
ストランド（金属ワイヤ）１０５’は、直接蓋（保持手
段）１０９’と錘り（光学偏向器）１０２’の中に押し
込まれている。蓋（保持手段）１０９’及び錘り（光学
偏向器）１０２’のストランド（金属ワイヤ）１０５’
を収受する穴は、直径がストランド（金属ワイヤ）１０
５’より僅かに小さくなっている。ストランド（金属ワ
イヤ）１０５’の端部は押し込まれるときに座屈をしな
いように、一度に少しの長さだけそれぞれの穴の中に押
し込まれる。

【００６８】

【考案の効果】本考案の発信機によれば、全方向性の剛
性を有する金属ワイヤからなる支持手段によって光学偏
向器を支持しているので、シャーシがその水準からずれ
た場合でも、該ずれの方向にかかわらず、金属ワイヤが
同じ偏りで光学偏向器を偏位させて、放射源から放射さ
れるビームの軸線と光学偏向器の錐軸とを整合させるこ
とができる（自己補償性）。また、該発信機の自己補償
性によって、現場に据え付けるに際して、発信機を非常
に正確に水平に設置する必要はなく、従来の気泡型水準
器に求められる精度範囲内で水平に設置すれば十分であ
り、地球の曲率に対して正確に水平な放射線の非平面基
準円錐を得ることができる。さらに、発信機と受信機と
の間の距離が比較的離れて設置されていても、地球の曲
率に関して正確に水平な放射線の非平面基準円錐が提供
されるので、正確な測定が可能であり、長距離測定での
照準として有用である。さらにまた、上端が蓋部分に固
定され、下端が光学偏向器に固定されている金属ワイヤ
からなる支持手段を用いることによって、製造が容易で
安価であり、優れた耐久性を呈する発信機を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】操作状態にある本考案の発信機の斜視図。

【図２】発信機の側面図。

【図３】その正面図。

【図４】その平面図。

【図５】一部を切り欠き灯台アセンブリを現わした発信
機の側面図。

【図６】図４の６−６線による断面図。

【図７】灯台アセンブリの分解斜視図。

【図８】図７の灯台アセンブリ用の反射アセンブリの分
解斜視図。

【図９】図６の９−９線による断面図。

【図１０】図６に示されたアセンブリの一部分の部分詳
細図。

【図１１】図９の１１−１１線による断面図。

【図１２】図１１の１２−１２線による断面図。

【図１３】反射アセンブリの一部分についての図式放射
線ダイアグラム。

【図１４】図６の１４−１４線による断面図。

【図１５】反射アセンブリ用の錘りの先端の詳細図。

【図１６】他の実施例の錘り先端の詳細図。

【図１７】図１６の実施例と共に組み込まれる灯台アセ
ンブリの他の実施例の詳細図。

【図１８】錘りのための減衰手段を示す部分断面図。

【図１９】図１８の減衰手段に用いる磁石の斜視図。

【符号の説明】

１０…発信機１４…基準円錐１５…受信機１６…
シヤシー１８…水平基板２２…水準器２７…放射源２８…
反射アセンブリ３４…エミッター４４…ステアリングウインドー４６…平面レンズ７０…平行レンズアセンブリ９２
…平面レンズ９４…ハウジング９５…内側表面９６…外側表面
１０２…錘り１０５…ストランド１０９…蓋１２９…日除け１
３０…流体１３２…検出器１３４…反射円錐面１３６…マスク
１３９…反射平面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者ゲイリー・エル・ケインアメリカ合衆国オハイオ州45504，スプリングフィールド，ウェスト・ナショナル・ロード 5781 (72)考案者ローレンス・ジェイ・マイアーズアメリカ合衆国オハイオ州45459，デイトン，イーグル・クリーク 7727 (72)考案者テッド・エル・ティーチアメリカ合衆国オハイオ州45424，デイトン，ケレンバーガー・ロード 5226 (72)考案者ジョセフ・エフ・ランドアメリカ合衆国カリフォルニア州94022, ロス・アルトス・ヒルズ，テンプルトン・プレイス 13838 (56)参考文献特開昭48−37150（ＪＰ，Ａ) 実公昭54−7957（ＪＰ，Ｙ２) 実公昭58−10088（ＪＰ，Ｙ２)

Claims

(57)【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】電磁放射線場（１４）が伝播する、照準
システムのための発信機（１０）であって、シャシー（１６）と；該シャシーを水平にする手段（１４５，１５２）と；該シャシー（１６）に固定されていて、電磁放射線のビ
ームを提供する放射源（２７）と；該放射源（２７）に向かって収束している反射面を有
し、該電磁放射線のビームを全方向性の放射線基準場
（１４）へ向け直す光学偏向器（１０２）と；該放射源（２７）と対向する位置にあって、該光学偏向
器（１０２）を保持するための保持手段（１０９）と；下端が該光学偏向器（１０２）に固定されており、上端
が該保持手段（１０９）に固定されている片持梁の全方
向性の剛性を有する金属ワイヤからなる可撓性の支持手
段（１０５）であって、該電磁放射線のビームに関して
シャシー（１６）水準と整合された位置に、該ビーム内
で該光学偏向器（１０２）を維持する支持手段（１０
５）と；を含んでなり、該放射源（２７）から放射された電磁放射線のビーム
は、該整合された位置にある該光学偏向器（１０２）に
よって全方向に向け直されて、ある水準方向の放射線の
基準場（１４）を形成し、該全方向性の剛性を有する支持手段（１０５）は、該シ
ャシー（１６）の方向における水準からの角度誤差が生
じると、前記整合されている光学偏向器（１０２）を該
整合された位置から偏位させて、該光学偏向器（１０
２）により反射された電磁放射線のビームによって規定
される基準場（１４）を前記ある水準方向と同じ水準方
向に維持することを特徴とする発信機（１０）。
【請求項２】前記光学偏向器（１０２）の運動を減衰
させるための磁石手段（１６０）をさらに備えているこ
とを特徴とする請求項１の発信機（１０）。
【請求項３】前記光学偏向器（１０２）の運動が流体
（１３０）により減衰させられることを特徴とする請求
項１記載の発信機（１０）。
【請求項４】前記発信機（１０）が、さらに前記光学
偏向器（１０２）を取り囲む透明のハウジング（９４）
を備え、前記流体（１３０）が、該ハウジング（９４）
内の光学偏向器（１０２）を浸漬している液体であるこ
とを特徴とする請求項３の発信機（１０）。
【請求項５】前記ハウジング（９４）は、内側円錐形
表面（９５）及び外側円錐形表面（９６）を有し、該両
表面（９５、９６）の間の関係は、前記基準場（１４）
の方向における温度の影響が最小となるようにされてい
ることを特徴とする請求項４の発信機（１０）。
【請求項６】前記光学偏向器（１０２）は、前記電磁
放射線のビームを、円錐形の形状で且つ前記発信機（１
０）から下向きに遠去かるように向けられた電磁放射線
の基準場（１４）に向け変えることを特徴とする請求項
１〜５のいずれか１に記載の発信機（１０）。
【請求項７】前記全方向性の剛性を有する支持手段
（１０５）は、該シャシー（１６）の方向における水準
からの角度誤差が生じると、前記整合されている光学偏
向器（１０２）を該整合された位置から該角度誤差の１
／２に等しい量だけ偏位させて、該光学偏向器（１０
２）により反射された電磁放射線のビームによって規定
される基準場（１４）を前記ある水準方向と同じ水準方
向に維持することを特徴とする請求項１〜６のいずれか
１の発信機（１０）。
【請求項８】前記シャシー（１６）の方向における水
準からの角度誤差が、許容可能な範囲外にあることを検
出するセンサー手段（１３２）をさらに備えることを特
徴とする請求項１〜７のいずれか１の発信機（１０）。
【請求項９】前記センサー手段（１３２）が、前記光
学偏向器（１０２）からある距離だけ離隔している検出
手段（１３２）と、該検出手段（１３２）にある量の電
磁放射線を方向付けるための前記光学偏向器（１０２）
上の反射面（１３４、１３９）と、を備えており、該あ
る量の電磁放射線とは、前記シャシー（１６）の方向に
おける水準からの角度誤差が許容可能な範囲内では該検
出手段（１３２）を作動させるために十分であり、許容
可能な範囲外では該検出手段（１３２）を作動させるた
めに不十分であることを特徴とする請求項８載の発信機
（１０）。
【請求項１０】前記検出手段（１３２）は、互に直交
するよう配置された一対の検出器（１３２）を備え、前
記光学偏向器（１０２）上の前記反射面（１３４，１３
９）は円錐状に形作られていて、放射線の輪を該検出器
（１３２）へと反射することを特徴とする請求項９の発
信機（１０）。
【請求項１１】前記検出手段（１３２）は、１つの検
出器（１３２）を備え、前記光学偏向器（１０２）上の
前記反射面（１３４，１３９）は平面で、前記検出器
（１３２）へ放射線のスポットを反射することを特徴と
する請求項９の発信機（１０）。