JP3751076B2

JP3751076B2 - ガイド光方向設定システム

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Publication number: JP3751076B2
Application number: JP16258796A
Authority: JP
Inventors: 文夫大友; 健一郎吉野
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 1996-06-24
Filing date: 1996-06-24
Publication date: 2006-03-01
Anticipated expiration: 2016-06-24
Also published as: JPH109865A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ガイド光発生装置から出射されたガイド光を視準方向に合致させることにより、そのガイド光の出射方向を規定するガイド光方向設定システムに係り、特に、トンネル掘削作業への応用が可能なガイド光方向設定システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
地上から一定深さの箇所にコンクリート製のヒューム管、金属製の鋼管等のパイプを敷設する工法として、地上から一定深さの箇所に配管用の溝を掘ってパイプを敷設するオープンカット工法、地上から一定深さの箇所に配管用のトンネルを掘ってパイプを順次圧入接続する掘削推進工法が知られているが、これらの工法では、そのパイプの敷設方向を定めるために測量が実施される。
【０００３】
図１はそのパイプの敷設方向を定めるためのガイド光方向設定システムの従来例を示し、その図１において、１は立て坑穴、２は地表ＧＬに設置されたセオドライト等の測量機、３は地表から一定深さの箇所に設置された測量機である。地表ＧＬには下げ振り装置としての吊架用フレーム４が設置され、この吊架用フレーム４には２本のワイヤとしてのピアノ線５を介して重錘６が吊架されている。その２本のピアノ線５はその重錘６によって互いに平行に張設される。重錘６はピアノ線５の横振れ、縦振れ等の揺動を防止するために、粘性の高い油等の液体７に浸漬されている。
【０００４】
作業者はパイプ敷設計画に従って視準方向Ｌを定め、その２本のピアノ線５，５が重なって１本に見えるように吊架用フレーム４を操作し、これにより視準方向を含む仮想面が形成される。測量機３は例えばセオドライト又はレベル等からなる。測量機３でピアノ線が重なって見えるように視準を調整すれば、地上と地下の視準方向は一致し、視準方向が掘削方向となる。また、測量機３の視準方向に一致したガイド光発生装置を設ければ、ガイド光の方向が掘削方向となる。これにより、この測量機３の視準方向又はガイド光に基づいてトンネル８の掘削作業を行えば、計画に従ったパイプ敷設が行われる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、測量機３又はガイド光発生装置に基づいた方向と視準方向Ｌとを下げ振り装置を利用して合致させる従来の方向設定システムでは、装置が大掛かりとなると共に、その視準方向又はガイド光の方向と視準方向Ｌとを合致させて掘削方向を設定する作業にも手間が掛かる。また、この従来の方向設定システムでは、最近の道路事情からして立て坑穴の大きさが制約され、２本のピアノ線５，５の間隔として規定される基線長を自由に大きくとれないので、地表ＧＬから立て坑穴１への測量の写し替え、立て坑穴１からトンネル８への測量の写し替えを行うと、累積誤差が大きくなるという問題もある。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、その目的とするところは、小型化を図りかつ方向を認識するためのガイド光の出射方向と測量の視準方向とを容易かつ迅速に合致させることができ、しかも累積誤差の小さいガイド光方向設定システムを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のガイド光方向設定システムは、上記課題を解決するため、方向を定めるガイド光を発するガイド光発生装置と、視準方向に基づいて前記ガイド光の方向を定めるガイド光方向設定装置とから成り、前記ガイド光発生装置は、ガイド光の出射方向に対応する扇状の指示光を前記ガイド光方向設定装置に向けて出射する指示光出射部を有し、前記ガイド光方向設定装置は、該視準方向に対応して配置され前記指示光を受光する第一フォトセンサアレイと第二フォトセンサアレイを有し、前記指示光は、その光軸中心に、ガイド光発生装置とガイド光方向設定装置とを位置合わせするためのスポット光を構成し、第一フォトセンサアレイと第二フォトセンサアレイの受光信号の相関関係を求めることにより、視準方向にガイド光方向を合致させることを特徴としている。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、指示光を受光したときの第一、第二フォトセンサアレイからの受光信号により、視準方向に対する指示光の光軸のずれを容易に検出することができる。そして、そのずれがなくなるようにガイド光方向または視準方向を回動させることで、ガイド光の出射方向を視準方向に速やかに合致させることが可能となる。
【００１０】
また、第一フォトセンサアレイと第二フォトセンサアレイには多数のフォトセンサが整列して設けられているので、視準方向に対する指示光の光軸のずれを正確に検出することができ、その結果、ガイド光の出射方向を視準方向に高精度に合致させることが可能となる。
【００１２】
請求項２に記載のガイド光方向設定システムでは、前記第一、第二のフォトセンサアレイは平行に配置されており、該第一、第二のフォトセンサアレイからの受光信号を対応したチャンネルどうしで相関処理を施し、相関状態が最大であるときに前記ガイド光と視準方向が合致したと判断することを特徴としている。
【００１４】
請求項３に記載のガイド光方向設定システムでは、前記第一、第二のフォトセンサアレイからの受光信号のチャンネルを対応づけた相関処理を第一相関状態とし、次に前記チャンネルの対応づけを所定のチャンネル分ずらした相関処理を第二相関状態とし、前記第一相関状態と第二相関状態がほぼ等しいとき前記ガイド光と視準方向が合致したと判断することを特徴としている。
【００１８】
請求項４に記載のガイド光方向設定システムでは、前記指示光出射部から出射される光は、複数の扇状の光束から成り、前記第一フォトセンサアレイと第二フォトセンサアレイの受光信号の相関関係を求めることにより視準方向にガイド光方向を合致させることを特徴としている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
【００２０】
（第１の実施の形態）
図２及び図３は本発明に係わるガイド光方向設定装置とガイド光発生装置の関係の概略を示した図である。ガイド光方向設定装置１１により視準方向Ｌが定められる。符号１３は視準用望遠鏡を示している。ガイド光発生装置１２は、方向を認識するためのガイド光としてのレーザー光Ｐを出射するガイド光出射部１４と、ガイド光の動きに連動して回転し、かつ扇状に広がる指示光Ｋを出射する指示光出射部１５とを有する。ガイド光発生装置１２は立て坑穴１０内に設置されている。
【００２１】
ガイド光出射部１４はレーザー光源１６と、レーザー光源１６からのレーザー光束を平行光にするコリメートレンズ１７で構成されている。
【００２２】
指示光出射部１５は特に図示しないが鉛直補正手段により鉛直方向にレーザー光を出射されるように構成されており、レーザー光源１８から出射するレーザー光束はコリメートレンズ１９により平行光とされシリンドリカルレンズ２０に入射する。シリンドリカルレンズ２０はガイド光の出射方向に対応して広がる扇状の指示光Ｋに変換する。
【００２３】
シリンドリカルレンズ２０の頂点中央部には、図４に示すように平行平面部２１が形成されている。この平行平面部２１を透過する光はスポット光Ｓとして形成される。このスポット光Ｓは光軸中心であり、かつガイド光出射部１４が水平方向回転を成し得るための回転中心でもある。これにより、そのスポット光Ｓをガイド光方向設定装置１１の回転中心を光軸とする求心望遠鏡２２で合わせることにより、ガイド光方向設定装置１１の回転中心とガイド光出射部１４の回転中心とが合致される。
【００２４】
指示光Ｋは図４に示すようにガイド光の出射方向に長く延びる線状光Ｌ０を成す。ガイド光方向設定装置１１には一対の第一フォトセンサアレイ２３と第二フォトセンサアレイ２４が、視準方向Ｌに対応して間隔を開けて平行に配置されている。この対応関係は本実施の形態の場合、それぞれの長手方向が視準方向Ｌと直交する向きに配置している。
【００２５】
図６に視準方向Ｌと指示光Ｋの光軸のずれを、図５にフォトセンサアレイとしてフォトダイオードアレイを使用して検出する検出部３０のブロック図を示す。
【００２６】
第一フォトダイオードアレイ２３、第二フォトダイオードアレイ２４は本実施の形態では６チャンネルの例を示す。
【００２７】
第一フォトダイオードアレイ２３、第二フォトダイオードアレイ２４に入射した指示光は光電変換され受光信号となりアンプ部２５で増幅される。アンプ部２５で増幅された受光信号は検波部２６で直流電圧信号に変換される。検波部２６で直流信号に変換された受光信号はＣＰＵ２９からの制御信号によりマルチプレクサ２７でいずれかのチャンネルを選びＡ／Ｄ変換器２８に入力されデジタル値に変換される。デジタル値はＣＰＵ２９に入力され、次に記す処理が行われる。
【００２８】
図６に示す視準方向Ｌと指示光Ｋの関係を例に、処理方法を説明する。第一フォトダイオードアレイ２３の各チャンネル０〜５に入射している受光光量Ｓｘの受光光量データ列Ｘと、第二フォトダイオードアレイ２４に入射している受光光量Ｓｙの受光光量データ列をＹとし、同じチャンネルどうしで式（１）を用いて相関係数を算出する。
【００２９】
【数１】

相関係数ｒはＳｘとＳｙの曲線が一致したとき最大値となり、ずれが大きくなるにつれて小さくなる。したがって視準方向Ｌと指示光Ｋのなす角θの変化に対する相関係数ｒの値をグラフにすると図７に示すようになる。
【００３０】
つまり、リモートコントロール等を使い相関係数が最大となるように、指示光Ｋと連動したガイド光方向を回転させることで、視準方向にガイド光方向を合致させることができる。また逆に、相関係数ｒが最大値になるように視準方向を回転させることで、ガイド光方向に視準方向を合致させることもできる。なお相関状態を検出するにあたっては式（１）の分子だけの演算だけでもよく、アナログ回路で構成することもできる。
【００３１】
視準方向にガイド光方向を合致させるシステムの自動化は、相関状態の出力に基づいてリモートコントローラ３１（図３参照）を経由して、図示していないがガイド光出射部１４の回転駆動系を制御することで可能となる。またガイド光方向に視準方向を合致させるシステムの自動化は、図示はしないが視準方向の回転機構に駆動系を持たせ、相関状態の出力でこの駆動系を制御することで可能となる。
【００３２】
図８及び図９は本発明が適用されるガイド光発生装置１２としてのパイプレーザー装置の詳細構成を示し、この図８及び図９において、３０は外フレームである。その外フレーム３０には吊りフレーム３１（光学系の本体ともいう）が固定されている。その吊りフレーム３１の内側には水平方向に軸心を有する一対の球面座３２が対峙して形成されている。ガイド光出射部１４の一部を構成する筺体３３の両側面には球面軸部３４が形成されている。その球面軸部３４は球面座３２に嵌合され、これにより筺体３３は三軸方向に回動可能である。その球面軸部３４はその先端が球面座３２に係合する球面形状とされ、その基部が円柱形状とされている。その円柱部には揺動フレーム３５が回動可能に設けられている。各球面軸部３４には水平方向で互いに反対方向に突出するピン３６，３７が設けられている。外フレーム３０にはピン３６の側に左右回転駆動ユニット３８が設けられ、ピン３７の側に捻転駆動ユニット３９が設けられている。筺体３３の後端にはピン４０が突設され、外フレーム３０にはこのピン４０を介して俯迎させる俯迎駆動ユニット４１が設けられている。
【００３３】
左右回転駆動ユニット３８は吊りフレーム３１に固定されたギヤボックス４２、ギヤボックス４２から水平方向に突出するガイドシャフト４３、ガイドシャフト４３と平行に延びるスクリュシャフト４４、スクリュシャフト４４に螺合すると共にガイドシャフト４３に摺動自在に嵌合されたスライダ４５、スクリュシャフト４４をギヤボックス４２を介して回転駆動する左右調整用のモータ４６を有する。スライダ４５にはピン３６に摺動自在に係合する係合ピン４７が立設され、このピン３６は係合ピン４７に常時当接するように図示を略すスプリングにより付勢されている。モータ４６を回転駆動すると、スクリュシャフト４４が回転され、スライダ４５が水平方向に変位され、このスライダ４５の水平方向の変位が係合ピン４７を介してピン３６に伝達され、これにより、筺体３３（ガイド光出射光学系１４）が揺動フレーム３５と一体に左右方向に回動される。
【００３４】
捻転駆動ユニット３９は吊りフレーム３１に固定されたギヤボックス４８、このギヤボックス４８から鉛直下方に垂設されたガイドシャフト４９、このガイドシャフト４９と平行に延びるスクリュシャフト（図示を略す）、このスクリュシャフトに螺合されると共にガイドシャフト４９に摺動自在に嵌合されたスライダ５０、そのスクリュシャフトを回転駆動する捻転用のモータ５１を有する。スライダ５０にはピン３７に摺動自在に係合する係合ピン５２が立設されている。ピン３７は係合ピン５２に常時当接するようにスプリング５３により下方に付勢されている。モータ５１を回転駆動すると、スクリュシャフトが回転され、これによりスライダ５０が上下方向に変位され、このスライダ５０の上下方向の変位が係合ピン５２を介してピン３７に伝達され、筺体３３（ガイド光出射部１４）が揺動フレーム３５と一体に捻転回動される。
【００３５】
俯迎駆動ユニット４１は外フレーム３０にブラケット５４を介して固定されたギヤボックス５５、このギヤボックス５５から鉛直方向に垂設されたガイドシャフト５６、このガイドシャフト５６と平行に延びるスクリュシャフト（図示を略す）、このスクリュシャフトに螺合されると共にガイドシャフト５６に摺動自在に嵌合されたスライダ５７、そのスクリュシャフトを回転駆動する俯迎用のモータ５８を有する。スライダ５７にはピン４０に摺動自在に係合する係合ピン５９が立設されている。ピン４０は係合ピン５９に常時当接するようにスプリング６０により下方に付勢されている。モータ５８を回転駆動すると、スクリュシャフトが回転され、これによりスライダ５７が上下方向に変位され、このスライダ５７の上下方向の変位が係合ピン５９を介してピン４０に伝達され、筺体３３（ガイド光出射部１４）が揺動フレーム３５と一体に俯迎される。
【００３６】
揺動フレーム３５の後端側にはピン３６と平行に延びるピン６１が突設されている。このピン６１を介して筺体３３（ガイド光出射部１４）を揺動フレーム３５に対して相対回転させてガイド光出射部１４の水平方向に対する角度を設定する角度設定ユニット６２が筺体３３の側面に設けられている。この角度設定ユニット６２は筺体３３の側面に固定されたギヤボックス６３、このギヤボックス６３から鉛直方向に立設されたガイドシャフト６４、このガイドシャフト６４と平行に延びるスクリュシャフト６５、このスクリュシャフト６５に螺合されると共にガイドシャフト６４に摺動自在に嵌合されたスライダ６６、スクリュシャフト６５をギヤボックス６３を介して回転駆動する角度設定用のモータ６７を有する。スライダ６６にはピン６１に摺動自在に係合する係合ピン６８が突設されている。ピン６１は係合ピン６８に常時当接するようにスプリング６８ａにより下方に付勢されている。モータ６７を駆動すると、スライダ６６が上下方向に変位し、スライダ６６の上下方向の変位が係合ピン６８を介してピン６１に伝達され、揺動フレーム３５を筺体３３に対して俯迎させる。
【００３７】
本実施の形態では、球面座を用いて３軸方向に自在の構成としているが、捻転動作を除けばジンバル構造でもよい。通常、捻転方向の回転はガイド光発生装置１２を設置するときに手動で行っている。
【００３８】
このパイプレーザー装置によるガイドレーザー光Ｐの傾斜の設定手順を述べる。装置を概略平行に設置し、作動させると、後述する傾斜センサ７６とガイドレーザー光Ｐが水平になるように角度設定ユニット６２、俯迎駆動ユニット４１が調整作動し、基準位置である水平にセットされる。この水平を基準とし、角度設定ユニット６２により揺動フレーム３５を設定角度とは逆の方向に傾斜させる。これにより角度設定ユニット６２が傾いた状態となる。次に、俯迎駆動ユニット４１により傾斜センサ７６が水平になるように、角度設定ユニット６２ごと傾斜させると、設定角度にガイドレーザー光Ｐが傾斜する。ただし、この設定方法は傾斜センサ７６の角度検出範囲が狭い場合であって、検出角度が広い傾斜センサの場合には直接傾斜させる構成とすることもできる。
【００３９】
指示光出射部１５はここでは光源ユニット６９とシリンドリカルレンズ２０とからなっている。絞りＳＬは、ここでは、シリンドリカルレンズ２０の背面に設けられている。光源ユニット６９は揺動フレーム３５の下部に設けられている。その光源ユニット６９はその揺動フレーム３５の互いに対向する壁面の一方に設けられたレーザー光源７０、その壁面の他方にレーザー光源７０に対向させて設けられた反射ミラー７１、レーザー光源７０と反射ミラー７１との間に設けられたビームスプリッタ７２、ビームスプリッタ７２とレーザー光源７０との間に配置されたコリメータレンズ１９とから概略構成される。ビームスプリッタ７２はレーザー光源７０を鉛直方向に上下に分割する役割を有する。上方のみにビームを出射する場合は、ビームスプリッタ７２に代えて反射ミラーとしても良い。
【００４０】
なお、揺動フレーム３５、吊り下げフレーム３１、外フレーム３０の上下には鉛直方向に出射する指示光Ｋを通過させる透孔７３、７４、７５がそれぞれ形成されている。また、揺動フレーム３５の上面にはガイド光の出射方向の傾斜を検出する傾斜センサ７６、傾斜センサ７６と直交する傾斜センサ７６´が設けられている。更に、外フレーム３０の前面にはガイド光を通過させる透孔７７が形成されている。外フレーム３０の下部には支持脚７８が設けられて、外フレーム３０の水平方向位置出しの粗調整を行うことができるようになっているが、ガイド光発生装置１２を図２に示すスタンドに取り付ける場合には、支持脚７８は必ずしも必要ではない。
【００４１】
本実施の形態により、ガイド光方向に視準方向を合致させることが可能となるが、前記システムの自動化においては、合致近傍において制御すべき方向が同時に検出されると制御形態が簡便となり、制御速度を速めることができる。このための実施の形態を次に示す。
【００４２】
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態と同様にしてフォトダイオードアレイの受光光量をデータとしてＣＰＵに取り込む。第一フォトダイオードアレイ２３の受光光量Ｓｘのデータ列を１チャンネルずらし、第二フォトダイオードアレイ２４の受光光量Ｓｙのデータ列との相関係数ｒ１を求めると、視準方向Ｌと指示光Ｋのなす角θの変化に対する相関係数ｒ１は図１０に示すｒ１のようになる。次に前記とは逆方向に第一フォトダイオードアレイ２３の受光光量Ｓｘのデータ列を１チャンネルずらし、第二フォトセンサアレイの受光光量Ｓｙのデータ列との相関係数ｒ２を求めると、視準方向Ｌと指示光Ｋのなす角θの変化に対する相関係数ｒ２は図１０に示すｒ２のようになる。ｒ１−ｒ２を計算すると図１０に示すｒ１−ｒ２のようになり符号が正であるか負であるかにより視準方向Ｌと指示光Ｋのなす角θが正方向であるか負方向であるかが分かり、制御すべき方向が分かる。ｒ１−ｒ２が零であるときに指示光Ｋと視準方向Ｌが合致している状態であることを示しており、したがって零の時に制御を停止すればガイド光方向と視準方向を一致させることができる。
【００４３】
（第３の実施の形態）
第１の実施の形態と同様にしてフォトダイオードアレイの受光光量をデータとしてＣＰＵに取り込む。
【００４４】
次に、第一フォトダイオード２３の受光光量Ｓｘのデータ列をＸ、第二フォトダイオードアレイ２４の受光光量ＳｙをＹとして相関係数ｒ０を求める。次に第一フォトダイオード２３の受光光量Ｓｘのデータ列をチャンネルが減る方向に１チャンネルずらし第二フォトダイオードアレイ２４の受光光量Ｓｙのデータ列との相関係数ｒ１を求める。ｒ１は第一フォトダイオードアレイ２３に入射している指示光Ｋがフォトダイオードアレイの１ピッチ分左にずれた状態と等価の相関係数である。同様にして第一フォトダイオードアレイ２３の受光光量Ｓｘのデータ列をチャンネルが減る方向に２チャンネルずらし第二フォトダイオードアレイ２４の受光光量Ｓｙのデータ列との相関係数ｒ２を求め、第一フォトダイオードアレイ２３に入射している指示光Ｋがフォトダイオードアレイの２ピッチ分左にずれた状態と等価の相関係数を得る。
【００４５】
次に前記とは逆方向に第一フォトダイオードアレイ２３に入射している指示光Ｋがずれた状態と等価の相関係数を得るために、第一フォトダイオードアレイ２３の受光光量Ｓｘのデータ列をチャンネルが増える方向に１チャンネルずらし第二フォトダイオードアレイ２４の受光光量Ｓｙのデータ列との相関係数−ｒ１を求める。−ｒ１は第一フォトダイオードアレイ２３に入射している検出光Ｋがフォトダイオードアレイの１ピッチ分右にずれた状態と等価の相関係数である。同様にして第一フォトダイオードアレイ２３の受光光量Ｓｘのデータ列をチャンネルが増える方向に２チャンネルずらし第二フォトダイオードアレイ２４の受光光量Ｓｙのデータ列との相関係数−ｒ２を求め、第一フォトダイオードアレイ２３に入射している指示光Ｋがフォトダイオードアレイの２ピッチ分右にずれた状態と等価の相関係数を得る。
【００４６】
等価的にフォトダイオードアレイのピッチ分ずらした相関係数−ｒ２，−ｒ１，ｒ０，ｒ１，ｒ２をｙ軸に、ずらしたピッチをｘ軸にしてグラフにすると図１１のようになる。
【００４７】
このピッチ内の位置を求めるために、得られた相関係数５点を補間し図１１の破線のグラフを得る。相関係数が最大値となる位置を求めることにより第二フォトダイオードアレイ２４に入射する指示光Ｋの位置と第一フォトダイオードアレイ２３に入射する指示光Ｋの位置ずれｄを求めることができる。
【００４８】
補間の例としてＮｅｗｔｏｎ補間を用いた場合の説明を次に記す。ピッチをｘとすると−ｒ２のｘ軸の値は−２ｘ、−ｒのｘ軸の値は−ｘ、ｒ０のｘ軸の値は０、ｒ１のｘ軸の値はｘ、ｒ２のｘ軸の値は２ｘとなる。
【００４９】
この５点を通る多項式を求めるには次のような表を作る。
【００５０】
【表１】

このｃ０，ｄ０，ｅ０，ｆ０を使い求める関数は、
y=(((f0*(d-x)+e0)*(d-0)+d0)*(d-(-x))+c0)*(d-(-2x))+(-2r)
ｄに値を代入することにより所望のｘ軸での相関係数を得て補間すると図１１に示す破線が得られる。相関係数が最大値となるｄを求めることにより第二フォトダイオードアレイ２４に入射する指示光Ｋの位置と第一フォトダイオードアレイ２３に入射する指示光Ｋの位置ずれｄを求めることができる。
【００５１】
第二フォトダイオードアレイ２４に入射する指示光Ｋの位置と第一フォトダイオードアレイ２３に入射する指示光Ｋの位置ずれｄ、第一フォトダイオードアレイ２３と第二フォトダイオードアレイ２４の距離をａとすると、視準方向Ｌと指示光Ｋのなす角θは次の式（２）のようになる。
【００５２】
【数２】

第１〜第３の実施の形態で得られた指示光Ｋと視準方向Ｌのずれを基に自動的にガイド光Ｐと視準方向Ｌとを合致させても良い。
【００５３】
第１〜第３の実施の形態では一本の扇状の指示光Ｋを用いた例を示したが、図１２に示すような形状のシリンドリカルレンズを用いて、複数本の指示光Ｋを使用し第一フォトダイオードアレイ２３と第二フォトダイオードアレイ２４の受光光量ＳｘとＳｙの相関係数ｒを求めても良い。そうすると、視準方向Ｌと指示光Ｋのなす角θとの関係は図１３の実線で示すグラフとなる。図１３に破線で示してあるグラフは指示光Ｋが一本の場合であり、指示光Ｋを複数にすることによりピークの部分の幅を狭くでき精度を向上できる。なお、図１２に示したシリンドリカルレンズの代わりに、図１４のような形状のシリンドリカルレンズを用いても良い。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、ガイド光方向もしくは視準方向を回動させるだけで、ガイド光の出射方向を視準方向に容易かつ迅速に合致させることができる。
【００５５】
また、視準方向に対する指示光のずれを正確に検知できるため、ガイド光の出射方向を視準方向に高精度に合致させることができる。
【００５６】
さらに、請求項２又は請求項３のように構成すれば、ガイド光の出射方向が視準方向に合致しているかの判断をコンピュータ化することができ、掘削方向を設定する際の手間が大幅に軽減される。
【００５７】
また、請求項４のように構成すれば、ガイド光発生装置とガイド光方向設定装置の相互の位置を正確かつ迅速に決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】パイプの敷設方向を定めるためのガイド光方向設定システムの従来例を説明するための図である。
【図２】本発明に係わるガイド光方向設定システムの概略図を示し、立て坑穴にパイプレーザー装置を設置し、その真上にガイド光方向設定装置をセットしてパイプ敷設のためのトンネルの掘削作業を示す図である。
【図３】本発明に係わるガイド光方向設定システムの概略図である。
【図４】シリンドリカルレンズとフォトセンサアレイの位置関係を示す図である。
【図５】フォトセンサアレイから受光信号を取り込んで、視準方向に対する指示光の光軸のずれを検出する検出部のブロック図である。
【図６】視準方向に対して光軸のずれた指示光がフォトセンサアレイに入射した様子を示した図である。
【図７】視準方向と指示光のなす角θに対する、相関係数ｒの変化を示した図である。
【図８】本発明に係わるガイド光発生装置の詳細構成を示す図であって、正面方向から目視した断面図である。
【図９】本発明に係わるガイド光発生装置の詳細構成を示す図であって、側面方向から目視した部分断面図である。
【図１０】視準方向と指示光のなす角θに対する、相関係数ｒ１−ｒ２の変化を示した図である。
【図１１】複数の相関状態を補間した得られた相関係数の変化を示した図である。
【図１２】シリンドリカルレンズの変形例を示した図である。
【図１３】図１２のシリンドリカルレンズを使用した場合の、視準方向と検出光のなす角θに対する相関係数ｒの変化を示した図である。
【図１４】シリンドリカルレンズの他の変形例を示した図である。
【符号の説明】
１１ガイド光方向設定装置
１２ガイド光発生装置
１４ガイド光出射部
１５指示光出射部
２３第一フォトセンサアレイ（第一フォトダイオードアレイ）
２４第二フォトセンサアレイ（第二フォトダイオードアレイ）
２５アンプ部
２６検波部
２７マルチプレクサ
２８Ａ／Ｄ変換器
２９ＣＰＵ
３０検出部

Claims

方向を定めるガイド光を発するガイド光発生装置と、視準方向に基づいて前記ガイド光の方向を定めるガイド光方向設定装置とから成り、前記ガイド光発生装置は、ガイド光の出射方向に対応する扇状の指示光を前記ガイド光方向設定装置に向けて出射する指示光出射部を有し、前記ガイド光方向設定装置は、該視準方向に対応して配置され前記指示光を受光する第一フォトセンサアレイと第二フォトセンサアレイを有し、前記指示光は、その光軸中心に、ガイド光発生装置とガイド光方向設定装置とを位置合わせするためのスポット光を構成し、第一フォトセンサアレイと第二フォトセンサアレイの受光信号の相関関係を求めることにより、視準方向にガイド光方向を合致させることを特徴とするガイド光方向設定システム。
前記第一、第二のフォトセンサアレイは平行に配置されており、該第一、第二のフォトセンサアレイからの受光信号を対応したチャンネルどうしで相関処理を施し、相関状態が最大であるときに前記ガイド光と視準方向が合致したと判断することを特徴とする請求項１記載のガイド光方向設定システム。
前記第一、第二のフォトセンサアレイからの受光信号のチャンネルを対応づけた相関処理を第一相関状態とし、次に前記チャンネルの対応づけを所定のチャンネル分ずらした相関処理を第二相関状態とし、前記第一相関状態と第二相関状態がほぼ等しいとき前記ガイド光と視準方向が合致したと判断することを特徴とする請求項１記載のガイド光方向設定システム。
前記指示光出射部から出射される光は、複数の扇状の光束から成り、前記第一フォトセンサアレイと第二フォトセンサアレイの受光信号の相関関係を求めることにより視準方向にガイド光方向を合致させることを特徴とする請求項１記載のガイド光方向設定システム。