JPH08304072A

JPH08304072A - 方向検出装置

Info

Publication number: JPH08304072A
Application number: JP7138803A
Authority: JP
Inventors: Fumio Otomo; 文夫大友; Yoshikatsu Tokuda; 義克徳田; Kenichiro Yoshino; 健一郎吉野
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 1995-05-13
Filing date: 1995-05-13
Publication date: 1996-11-22
Anticipated expiration: 2020-08-31
Also published as: CN1144327A; EP0743506A3; DE69622919D1; JP3689873B2; US5822050A; CN1091875C; EP0743506A2; EP0743506B1; DE69622919T2

Abstract

(57)【要約】［目的］本発明は、２つの地点の方向を位置決めする
ことのできる方向検出装置に係わり、特に、トンネル工
事等における地上の中心基線及び基準点を、地下のトン
ネル坑内等に移動させ、掘削推進方向の位置決めするた
めの方向検出装置に関するものである。［構成］本発明は、偏光照射手段が偏光光束を方向検
出装置本体に対して照射し、方向検出装置本体に備えら
れた方向差検出手段が、偏光照射手段からの偏光光束を
受光し、所定の方向との差を検出し、方向差検出手段の
回転偏光板が、偏光光束を透過させ、集光レンズが、回
転偏光板を透過した偏光光束を集光させ、受光部が、集
光レンズで集光された偏光光束を受光し、エンコーダ手
段が、回転偏光板の所定の位置及び回転を検出する様に
なっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、２つの地点の方向を位
置決めすることのできる方向検出装置に係わり、特に、
トンネル工事等における地上の中心基線及び基準点を、
地下のトンネル坑内等に移動させ、掘削推進方向の位置
決めするための方向検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、２つの地点の方向を位置決めする
には、地面に対する水平な方向と、地面に対する鉛直な
方向である上下方向を位置決めする必要がある。

【０００３】地面に対する水平な方向の位置決めは、地
上においては、セオドライト等の測量機により容易に行
うことができる。これに対して、地面に対する鉛直な方
向である上下方向の位置決めは、旧来の特殊な器具を使
わざるを得なかった。

【０００４】即ち、地下と地上とを結んだ方向の位置決
めは、上下各々の２つの点を平行に移動させることによ
り、実施されていた。

【０００５】例えば、上下方向の位置決めを必要とする
トンネルの測量では、特定のルートで掘削推進させるた
め、高い精度が必要とされる。特にトンネル工事では、
掘削推進後の修正作業は極めて困難であり、慎重な測量
が要求されている。

【０００６】即ち、トンネル測量の第１作業は、地上の
測量から開始される。トンネルの施工に先立って、中心
線測量及び横断測量が実施され、トンネルの方向と水準
を定められる。

【０００７】次にトンネル測量の第２作業は、地上の測
量を地下に導入し、立坑の中心線及び水準位置を求める
測量である。

【０００８】更にトンネル測量の第３作業は、掘削され
るトンネルの基準点及び中心線を設ける作業である。

【０００９】そしてトンネル測量の第４作業は、トンネ
ルの掘削工事に伴う掘削推進方向と、地上に設定したル
ートとを、一致させるための測量作業である。

【００１０】以上の様なトンネル測量の第１〜第４作業
では、地上又はトンネル内の推進方向については、レー
ザー測量装置等を使用した比較的新しい測量方法が実施
されている。ところが、地上の測量ルートと、トンネル
の掘削推進方向とを一致させる立坑の測量は、図１１に
示す様な下げ振りを使用した測量方法が採用されてい
る。

【００１１】この図１１に示す下げ振りを使用した測量
方法は、地上の支持部材９１００から２本のワイヤー９
２１０、９２２０を立坑内に下ろし、この２本のワイヤ
ー９２１０、９２２０の先端部に取り付けた重錘９３１
０、９３２０を、油等の粘性を利用した減衰装置９４１
０、９４２０内に挿入させる。従って、地上に配置され
た第１のトランシット９５００により、地上で測定され
た測量ルート及び基準点をトンネル内に下ろし、トンネ
ルの掘削方向及び基準点を設定する。

【００１２】即ち、第１のトランシット９５００で設定
された地上方向に基づく視準方向を、２本のワイヤー９
２１０、９２２０を介して、トンネル内に載置された第
２のトランシット９６００により、トンネルの掘削方向
を位置決めすることができる。例えば、ワイヤー９２１
０で基準点を定め、ワイヤー９２２０でトンネルの掘削
方向を定めることができる。

【００１３】なお、２本のワイヤー９２１０、９２２０
は、細いワイヤーに限らず、ピアノ線等が使用されてい
る。

【００１４】そして、立坑内で実施される測量であるか
ら、基線長が短く、僅かな揺れでも精度が低下してしま
う。このため、２本のワイヤー９２１０、９２２０の揺
れを防止するため、２本のワイヤー９２１０、９２２０
の先端部に取り付けた重錘９３１０、９３２０を減衰装
置９４１０、９４２０に挿入し、２本のワイヤー９２１
０、９２２０の動揺を減衰させる様になっている。

【００１５】以上の様に構成された下げ振りを使用した
測量方法は、２本のワイヤー９２１０、９２２０を概略
の位置に設置し、地上の測量に基づいて、第１のトラン
シット９５００により２本のワイヤー９２１０、９２２
０の方向を合わせる。

【００１６】次に、２本のワイヤー９２１０、９２２０
の動揺が減衰した後、２本のワイヤー９２１０、９２２
０を第２のトランシット９６００で観察し、基準点及び
トンネルの掘削方向を定めることができる。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
下げ振りを使用した測量方法は、大掛かりな装置を必要
とする上、地上から立坑へ、立坑から地下へと、測量の
写し変えを繰り返すため、誤差が累積されて大きくなっ
てしまうという深刻な問題点があった。

【００１８】更に、測定精度を向上させるためには、下
げ振りのスパンを大きくする必要があり、立坑の径を大
きくしなければならないという問題点があった。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題に鑑み
案出されたもので、ガイド光を照射するためのガイド光
手段と、このガイド光手段とは別体に形成され、該ガイ
ド光手段からの偏光光束を検出するための方向検出装置
本体とから構成された方向検出装置であって、前記ガイ
ド光手段には、所定の方向に規定された偏光光束を前記
方向検出装置本体に対して照射するための偏光照射手段
が設けられており、前記方向検出装置本体には、前記偏
光照射手段からの偏光光束を受光し、所定の方向との差
を検出するための方向差検出手段を備えており、この方
向差検出手段は、偏光光束を透過させるための回転偏光
板と、この回転偏光板を透過した偏光光束を集光させる
ための集光レンズと、この集光レンズで集光された偏光
光束を受光するための受光部と、前記回転偏光板の所定
の位置及び回転を検出するためのエンコーダ手段とから
構成されている。

【００２０】また本発明は、ガイド光を照射するための
ガイド光手段と、このガイド光手段とは別体に形成さ
れ、該ガイド光手段からの偏光光束を検出するための方
向検出装置本体とから構成された方向検出装置であっ
て、前記ガイド光手段には、所定の方向に規定された偏
光光束を前記方向検出装置本体に対して照射するための
偏光照射手段が設けられており、前記方向検出装置本体
には、前記偏光照射手段からの偏光光束を受光し、所定
の方向との差を検出するための方向差検出手段を備えて
おり、方向差検出手段は、偏光光束を透過させるための
回転偏光板と、この回転偏光板を透過した偏光光束を集
光させるための集光レンズと、この集光レンズで集光さ
れた偏光光束を受光するための受光部と、前記回転偏光
板の所定の位置及び回転を検出するためのエンコーダ手
段と、前記受光部の受光信号をＡ／Ｄ変換するためのＡ
／Ｄ変換手段と、このＡ／Ｄ変換手段でＡ／Ｄ変換され
たディジタル信号を周期毎に重ね合わせて記憶するため
の記憶手段と、この記憶手段に記憶された信号を平均化
することにより、前記回転偏光板の偏光方向と前記ガイ
ド光手段から照射された偏光光束の方向との位相差を演
算するための演算手段とから構成されている。

【００２１】そして本発明の方向検出装置本体の方向差
検出手段には、回転偏光板に代えて、偏光照射手段から
照射された偏光光束の偏光方向を波形として観察するた
めの回転可能な偏光方向変換部材とすることもできる。

【００２２】また本発明は、ガイド光を照射するための
ガイド光手段と、このガイド光手段とは別体に形成さ
れ、該ガイド光手段からの偏光光束を検出するための方
向検出装置本体とから構成された方向検出装置であっ
て、前記ガイド光手段には、偏光光束を反射させるため
の偏光反射手段が備えられており、方向検出装置本体に
は、前記偏光反射手段に対して偏光光束を照射するため
の偏光照射手段と、該偏光反射手段で反射された偏光光
束を受光し、所定の方向との差を検出するための方向差
検出手段を備えており、この方向差検出手段は、偏光光
束を透過させるための回転偏光板と、この回転偏光板を
透過した偏光光束を集光させるための集光レンズと、こ
の集光レンズで集光された偏光光束を受光するための受
光部と、前記回転偏光板の所定の位置及び回転を検出す
るためのエンコーダ手段とから構成されている。

【００２３】更に本発明は、ガイド光を照射するための
ガイド光手段と、このガイド光手段とは別体に形成さ
れ、該ガイド光手段からの偏光光束を検出するための方
向検出装置本体とから構成された方向検出装置であっ
て、前記ガイド光手段には、偏光光束を反射させるため
の偏光反射手段が備えられており、方向検出装置本体に
は、前記偏光反射手段に対して偏光光束を照射するため
の偏光照射手段と、該偏光反射手段で反射された偏光光
束を受光し、所定の方向との差を検出するための方向差
検出手段を備えており、前記受光部の受光信号をＡ／Ｄ
変換するためのＡ／Ｄ変換手段と、このＡ／Ｄ変換手段
でＡ／Ｄ変換されたディジタル信号を周期毎に重ね合わ
せて記憶するための記憶手段と、この記憶手段に記憶さ
れた信号を平均化することにより、前記回転偏光板の偏
光方向と前記ガイド光手段から照射された偏光光束の方
向との位相差を演算するための演算手段とから構成され
ている。

【００２４】そして本発明の方向検出装置本体の方向差
検出手段には、回転偏光板に代えて、ガイド光手段から
反射された偏光光束の偏光方向を波形として観察するた
めの回転可能な偏光方向変換部材とすることもできる。

【００２５】また本発明の偏光照射手段からの偏光光束
は、円偏光とすることもできる。

【００２６】

【作用】以上の様に構成された本発明は、ガイド光手段
に備えられた偏光照射手段が、所定の方向に規定された
偏光光束を方向検出装置本体に対して照射し、方向検出
装置本体に備えられた方向差検出手段が、偏光照射手段
からの偏光光束を受光し、所定の方向との差を検出し、
方向差検出手段の回転偏光板が、偏光光束を透過させ、
集光レンズが、回転偏光板を透過した偏光光束を集光さ
せ、受光部が、集光レンズで集光された偏光光束を受光
し、エンコーダ手段が、回転偏光板の所定の位置及び回
転を検出する様になっている。

【００２７】また本発明は、Ａ／Ｄ変換手段が受光部の
受光信号をＡ／Ｄ変換し、記憶手段が、Ａ／Ｄ変換され
たディジタル信号を周期毎に重ね合わせて記憶し、演算
手段が、記憶手段に記憶された信号を平均化することに
より、回転偏光板の偏光方向とガイド光手段から照射さ
れた偏光光束の方向との位相差を演算する様になってい
る。

【００２８】そして本発明の方向検出装置本体の方向差
検出手段には、回転偏光板に代えて、偏光照射手段から
照射された偏光光束の偏光方向を波形として観察するた
めの回転可能な偏光方向変換部材を使用することもでき
る。

【００２９】また本発明は、ガイド光手段の偏光反射手
段が、偏光光束を反射させ、方向検出装置本体の偏光照
射手段が、偏光反射手段に対して偏光光束を照射し、方
向検出装置本体の方向差検出手段が、偏光反射手段で反
射された偏光光束を受光し、所定の方向との差を検出
し、方向差検出手段の回転偏光板が、偏光光束を透過さ
せ、集光レンズが、回転偏光板を透過した偏光光束を集
光させ、受光部が、集光レンズで集光された偏光光束を
受光し、エンコーダ手段が、回転偏光板の所定の位置及
び回転回転を検出する様になっている。

【００３０】また本発明は、Ａ／Ｄ変換手段が受光部の
受光信号をＡ／Ｄ変換し、記憶手段が、Ａ／Ｄ変換され
たディジタル信号を周期毎に重ね合わせて記憶し、演算
手段が、記憶手段に記憶された信号を平均化することに
より、回転偏光板の偏光方向とガイド光手段から照射さ
れた偏光光束の方向との位相差を演算する様になってい
る。

【００３１】そして本発明の方向検出装置本体の方向差
検出手段には、回転偏光板に代えて、ガイド光手段から
反射された偏光光束の偏光方向を波形として観察するた
めの回転可能な偏光方向変換部材を使用することもでき
る。

【００３２】そして本発明は、偏光照射手段からの偏光
光束を円偏光とすることもできる。

【００３３】

【実施例】

【００３４】本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。

【００３５】「第１実施例」

【００３６】図１は、本発明の第１実施例である方向検
出装置１００００を示すもので、ガイド光装置１０００
と方向検出装置本体２０００とから構成されている。方
向検出装置本体２０００には、セオドライト、トランシ
ット等の測量機が装備されている。

【００３７】ガイド光装置１０００は、方向を検出する
ための偏光を方向検出装置本体２０００に対して照射す
るガイド光手段に該当するもので、第１のレーザー光源
１１００と、第１のコリメートレンズ１２００と、偏光
板１３００と、第２のレーザー光源１４００と、第２の
コリメートレンズ１５００とから構成されている。

【００３８】第１のレーザー光源１１００と、第１のコ
リメートレンズ１２００と、偏光板１３００とが、偏光
照射手段に該当するものであり、第２のレーザー光源１
４００と、第２のコリメートレンズ１５００は、水平方
向にレーザー光を射出するためのレーザーガイド形成装
置である。

【００３９】第１のレーザー光源１１００は、鉛直光用
の光源であり、第１のコリメートレンズ１２００でコリ
メートされた後、偏光板１３００で偏光光束となり、上
方に鉛直光として照射される様に構成されている。

【００４０】この上方に照射された偏光光束は、適宜の
傾斜角補正機構により、正確に鉛直上方に照射される様
に調整されている。更に、鉛直上方に照射される偏光光
束の光軸と、照射方向を調整するための傾斜角補正機構
の中心軸とは、誤差がない様に一致させている。

【００４１】第２のレーザー光源１４００は、レーザー
ガイド形成装置の光源であり、第２のコリメートレンズ
１５００でコリメートされた後、レーザーガイド光とし
て水平方向に照射される。

【００４２】本第１実施例のガイド光装置１０００は、
偏光板１３００を通過した鉛直光の偏光方向が、図２
（ａ）に示す様に、第２のコリメートレンズ１５００か
ら照射されるガイド光の方向と一致する様に構成されて
いる。なお、この偏光方向は、必ずしもガイド光の方向
に限定されるものではなく、特定の方向に定めても良
い。

【００４３】方向検出装置本体２０００は、位置検出手
段２１００と、方向差検出手段２２００と、望遠鏡手段
２３００と、ハーフミラー２４００とから構成されてい
る。位置検出手段２１００は偏光光束のズレを検出する
ためのものであり、望遠鏡手段２３００は測量機として
の機能を有する。

【００４４】位置検出手段２１００は、ガイド光装置１
０００から照射された鉛直上方の偏光光束の光軸と、方
向検出装置本体２０００内の望遠鏡手段２３００等から
なる測量機部分の回転中心とのズレを検出するためのも
のである。測量機部分の回転中心からズレると、方向差
検出手段２２００に入射する偏光に振れが生じ、方向検
出の誤差の原因となるからである。本第１実施例の位置
検出手段２１００は、４分割素子のフォトダイオードが
採用されている。鉛直上方の偏光光束の光軸と、測量機
部分の回転中心とのズレを検出可能であれば、何れのセ
ンサを採用することができる。

【００４５】位置検出手段２１００の出力信号は、適宜
の表示装置に表出され、手動又は自動的に位置合わせを
行うことができる。

【００４６】方向差検出手段２２００は、回転偏光部２
２１０と、エンコーダ２２２０と、集光レンズ２２３０
と、絞り２２４０と、受光部２２５０とから構成されて
いる。

【００４７】回転偏光部２２１０は、回転偏光板２２１
１をモータ２２１２により回転させる構成となってい
る。この回転偏光部２２１０には、エンコーダ２２２０
が取り付けられており、望遠鏡手段２３００の視準方向
と所定関係にあるエンコーダ２２２０に設けられた基準
位置から、視準方向とガイド光装置１０００のレーザー
ガイド方向とのズレ角度を検出することができる。

【００４８】なおエンコーダ２２２０は、インクリメン
タルエンコーダであっても、アブソリュートエンコーダ
であっても、基準位置が設定でき、基準位置からの回転
角が得られれば、何れの方式のエンコーダであってもよ
い。本第１実施例では、基準位置を示すインデックスを
備えたインクリメンタルエンコーダが採用されている。

【００４９】集光レンズ２２３０は、回転偏光部２２１
０を透過した光束を受光部２２５０に集光させるための
ものである。絞り２２４０は、散乱光、外乱光等の不要
光をカットするためのものである。

【００５０】受光部２２５０は、回転偏光部２２１０を
透過した光を光電変換するためのもので、ホトダイオー
ド等が使用される。

【００５１】以上の様に構成された方向検出装置本体２
０００は、ガイド光装置１０００から照射された鉛直上
方の偏光光束を、ハーフミラー２４００で分離し、一部
の光束を位置検出手段２１００に導き、ハーフミラー２
４００を透過した光束は、回転偏光部２２１０に入射す
る様になっている。

【００５２】ここで、望遠鏡手段２３００の視準方向
と、エンコーダ２２２０の基準位置との関係を図２
（ｂ）、図３（ａ）及び図３（ｂ）に基づいて説明す
る。ここで図３（ａ）、図３（ｂ）は、方向検出装置本
体２０００の視準方向と、ガイド光装置１０００のレー
ザーガイド光の方向が正しく一致している状態である。
これに対して、図２（ａ）、図２（ｂ）は、方向検出装
置本体２０００の視準方向と、ガイド光装置１０００の
レーザーガイド光の方向とにズレ角θがある場合であ
る。

【００５３】回転偏光部２２１０の回転偏光板２２１１
の偏光方向は、図２（ｂ）に示す様に、エンコーダ２２
２０の基準位置と同様の方向に設定されている。また、
望遠鏡手段２３００の視準方向と、エンコーダ２２２０
の基準位置とが、一致する方向に基準位置検出用の第１
の光センサー２２２１を配置する。この第１の光センサ
ー２２２１の設置位置は、必ずしも視準方向に一致させ
る必要はなく、視準方向から所定の角度に設定してもよ
い。

【００５４】この様に構成した場合には図３（ｂ）に示
す様に、望遠鏡手段２３００の視準方向と、回転偏光板
２２１１の偏光方向が一致した時に、第１の光センサー
２２２１から基準位置信号が得られる様になっている。

【００５５】更に、ガイド光装置１０００のガイド光の
方向が、方向検出装置本体２０００の視準方向と一致し
ていれば、基準信号発生時に受光部２２５０では、最大
光量が検出されることになる。

【００５６】なお、図３（ａ）及び図３（ｂ）では、イ
ンデックスの方向も一致しているが、インデックスは、
視準方向と回転偏光板２２１１との方向が一致した出力
がされる様に設定すればよい。基本的に、偏光照射手段
の偏光方向と、回転偏光板２２１１の偏光方向の一致が
検出できれば、方向検出装置本体２０００に対して、ガ
イド光装置１０００のレーザーガイド光の方向の方向と
視準方向は、所定の設定がなされていればよい。

【００５７】受光部２２５０で、回転偏光部２２１０を
透過した光を光電変換すると、図４のａ’に示す様に、
正弦波が表れる。即ち、ガイド光装置１０００の偏光板
１４００の偏光方向（ガイド光の方向）と、方向検出装
置本体２０００の回転偏光板２２１１の偏光方向とが、
一致した場合には、正弦波のピークと、矢印で示す基準
位置の信号が一致する。

【００５８】そして図２（ａ）及び図２（ｂ）に示す様
に、望遠鏡手段２３００の視準方向に対して、回転偏光
板２２１１の偏光方向との間に、「ずれ角θ」がある場
合には、受光部２２５０の出力波形は、図４のｂ’の様
になる。そして、この「ずれ角θ」は、正弦波と基準位
置信号の位相差を検出することにより、測定することが
できる。

【００５９】ここで、受光部２２５０の出力波形の位相
差の測定について、図５に基づいて詳細に説明する。

【００６０】方向差検出手段２２００の電気的構成は、
受光部２２５０と、フィルタ１００と、検波器２００
と、Ａ／Ｄコンバータ３００と、加算器４００と、メモ
リ５００と、アドレスカウンタ６００と、回転数カウン
タ７００と、ゲート８００と、ＣＰＵ９００と、ディス
プレイ９１０と、リモコン９２０とからなっている。

【００６１】なお、ＣＰＵ９００を含む電気回路が制御
手段に該当するものである。

【００６２】フィルタ１００は、第１の光源１１００の
変調周波数に中心周波数を有するフィルタであり、受光
部２２５０からの信号のノイズ成分を減少させるための
ものである。

【００６３】フィルタ１００を通過した信号は、検波器
２００で包絡線検波される。この包絡線は、回転偏光板
２２１１が回転していることにより表れる現象であり、
検波器２００の出力信号は、図６の（ｃ）の様な波形と
なる。偏光特性から明かな様に、回転偏光板２２１１が
１回転する毎に、検波器２００の出力信号は２波形表れ
る。なお、この出力波形は、電気系のノイズ、回転ム
ラ、回転偏光板２２１１の偏光特性の不均一、軸変動に
伴う信号変動等により、ノイズを含んだ変動する波形と
なっている。

【００６４】また図６の（ａ）は、基準位置を示すイン
デックスを検出するための第１の光センサー２２２１の
出力信号であり、図６の（ｂ）は、基準位置からの角度
を示す角度検出用のカウントを検出するための第２の光
センサー２２２２の出力信号である。

【００６５】第２の光センサー２２２２の出力信号は、
Ａ／Ｄコンバータ３００とアドレスカウンタ６００に供
給される。

【００６６】そして検波器２００の出力信号は、第２の
光センサー２２２２の出力信号に基づき、Ａ／Ｄコンバ
ータ３００でＡ／Ｄ変換され、加算器４００に送られ
る。

【００６７】加算器４００は、メモリ５００とＡ／Ｄコ
ンバータ３００の出力を加算し、メモリ５００に供給し
ている。この加算動作は、「重ね平均化」を行うための
累積演算である。

【００６８】エンコーダ２２２０の回転と、アドレスカ
ウンタ６００との関係は、第２の光センサー２２２２か
ら得られるパルス数が、エンコーダが１回転に付きＮ回
の場合には、アドレスカウンタ６００をＮ／２進カウン
タに構成する。このためメモリ５００は、信号波形の１
周期毎に同じアドレスがアクセスされることになる。

【００６９】第１の光センサー２２２１の出力信号は、
回転数カウンタ７００に送出され、回転数カウンタ７０
０の内容が０の時には、ゲート８００を禁止状態にし、
メモリ５００の内容が、加算器４００に入力しない様に
構成されている。

【００７０】即ち、エンコーダ２２２０の始めの１回転
に関するＡ／Ｄコンバータ３００の出力信号は、そのま
まアドレスカウンタ６００のアクセスするメモリ５００
に記憶され、２回転目からは、メモリ５００の内容との
加算動作を行う様になっている。従って、２回転目以降
の加算動作は、「重ね平均化」のための累積動作に相当
するものである。

【００７１】なお、回転数カウンタ７００が所定回数に
達すると、ゼロの状態に復帰する様に構成されている。
このゼロの状態の初めの１周期分は、メモリ５００から
の出力が所定回数の累積結果を意味するものであるか
ら、ＣＰＵ９００は、回転数カウンタ７００がゼロの状
態となった時、アドレスカウンタ６００の内容と共に、
メモリ５００の内容を１周期分読み取る様になってい
る。この「重ね平均化」操作を施した演算結果は、図６
の（ｄ）の様になる。なお、この場合の横軸はアドレ
ス、縦軸はデータ値である。

【００７２】そしてＣＰＵ９００は、読み取られたデー
タに対してフーリエ変換を施し、信号のｓｉｎ成分、ｃ
ｏｓ成分を抽出する。ここで、ｓｉｎ成分をＤｓ、ｃｏ
ｓ成分をＤｃとすれば、基準方向検出信号（第１の光セ
ンサー２２２１の出力信号）に対する位相φは、

【００７３】φ＝ｔａｎ^-1（Ｄｓ／Ｄｃ）

【００７４】により求めることができる。

【００７５】従って、エンコーダ２２２０の基準位置の
方向と、望遠鏡手段２３００の視準方向とを、所定の関
係に設定すれば、位相φが、望遠鏡手段２３００の視準
方向と、ガイド光装置１０００のガイド光の方向との
「ずれ角θ」に対応させることができる。

【００７６】本第１実施例では、偏光特性から、θ＝φ
／２となる。そこで、ＣＰＵ９００は、θ＝φ／２の関
係より「ずれ角θ」を演算し、ディスプレイ９１０に表
示することができる。

【００７７】この回転偏光板２２１１から得られた信号
を重ねて平均化することにより、歪の少ない正弦波形を
得ることができ、より高い精度の高い位相を求めること
ができる。

【００７８】更にＣＰＵ９００は、リモコン９２０を介
して、ガイド光装置１０００に「ずれ角θ」を０とする
ために必要な移動方向情報を送出し、ガイド光装置１０
００がガイド光の方向の調整して、ＣＰＵ９００がφ＝
０となったことを確認した場合には、リモコン９２０の
動作を停止させる様になっている。

【００７９】以上の様に構成された本第１実施例は、望
遠鏡手段２３００の視準方向と、ガイド光装置１０００
のガイド光の方向を一致させることができる。

【００８０】従って、地上で望遠鏡手段２３００の視準
し、方向を定めれば、地下においても、地上の視準方向
と同一方向にガイド光を照射することができ、位置決め
を行うことができる。

【００８１】「第２実施例」

【００８２】次に図７に基づいて、第２の実施例である
方向検出装置２００００を説明する。この第２の実施例
である方向検出装置２００００は、第１の実施例の方向
検出装置１００００と異なり、光源が、方向検出装置本
体２０００内に装備されている場合である。

【００８３】方向検出装置本体２０００は、方向差検出
手段２２００と、望遠鏡手段２３００と、ハーフミラー
２４００と、第３の光源手段２５００と、第３のコリメ
ートレンズ２５１０と、偏光板２５２０と、１／４波長
板２６００とから構成されている。

【００８４】ここで、第３の光源手段２５００と、第３
のコリメートレンズ２５１０と、ミラー２７２０と、偏
光板２７３０と、１／４波長板２８００とが、偏光照射
手段に該当するものである。

【００８５】ガイド光装置１０００は、偏光板１３００
と、ミラー１６００と、第２のレーザー光源１４００
と、第２のコリメートレンズ１５００とから構成されて
いる。

【００８６】ここで、偏光板１３００とミラー１６００
とが、偏光反射手段に該当するものである。

【００８７】第３のレーザー光源２５００は、鉛直光用
の光源であり、第３のコリメートレンズ２５１０でコリ
メートされた後、偏光板２７３０で直線偏光光束とな
り、更に、１／４波長板２８００を通過する事により、
円偏光となり、ハーフミラー２４００で反射され、下方
に鉛直光として照射される様に構成されている。

【００８８】ここで１／４波長板とは、直線偏光の偏光
方向に対して、１／４波長板の複屈折軸を４５度傾けた
状態で入射させた時、直線偏光を円偏光とすることがで
きるものである。

【００８９】なお第３の光源手段２５００が、半導体レ
ーザーである場合には、既に直線偏光であるから、偏光
板２７２０を省略することができる。

【００９０】１／４波長板２６００を通過した円偏光
は、ハーフミラー２４００を透過して鉛直下方に照射さ
れる。

【００９１】そして下方に照射された円偏光光束は、適
宜の調整機構により、上下左右に照射方向を調整可能に
構成されており、本第２実施例では、正確に鉛直下方に
照射される様に調整されている。

【００９２】ガイド光装置１０００は、方向検出装置本
体２０００から鉛直下方に照射されている円偏光光束を
受光し、偏光板１３００を通過させる。偏光板１３００
を通過した偏光光束は、第１実施例と同様に、ガイド光
装置１０００から射出されるガイド光の方向に規定され
た直線偏光となる。この直線偏光は、ミラー１６００で
反射され、再び、偏光板１３００を通過した後、方向検
出装置本体２０００に向けて鉛直上方に射出される。

【００９３】ガイド光装置１０００で反射された偏光光
束は、方向検出装置本体２０００のハーフミラー２４０
０を通過し、方向差検出手段２２００に到達する様にな
っている。

【００９４】以上の様に構成された第２実施例は、第１
実施例と同様に、方向差検出手段２２００で、望遠鏡手
段２３００の視準方向と、ガイド光装置１０００のガイ
ド光の方向の「ずれ角θ」を演算することができる。

【００９５】なお、第２実施例のその他の構成や作用
は、第１実施例と同様であるから、説明を省略する。

【００９６】また本第２実施例は、ガイド光装置１００
０の偏光板１３００とミラー１６００とは、円偏光光束
の略鉛直下方に配置されており、反射光のみが要求され
るので、厳密な位置合わせは必要ないという効果があ
る。

【００９７】「第３実施例」

【００９８】次に図８に基づいて、第３の実施例である
方向検出装置３００００を説明する。この第３の実施例
である方向検出装置３００００は、第２の実施例の方向
検出装置２００００と異なり、方向検出装置本体２００
０から鉛直下方に照射される偏光光束が、直線偏光であ
る場合である。

【００９９】方向検出装置本体２０００は、方向差検出
手段２２００と、望遠鏡手段２３００と、ハーフミラー
２４００と、第３の光源手段２５００と、第３のコリメ
ートレンズ２５１０と、偏光板２５２０とから構成され
ている。

【０１００】ここで、第３の光源手段２５００と、第３
のコリメートレンズ２５１０と、偏光板２５２０とが、
偏光照射手段に該当するものである。

【０１０１】ガイド光装置１０００は、偏光板１７００
と、ミラー１６００と、第２のレーザー光源１４００
と、第２のコリメートレンズ１５００とから構成されて
いる。

【０１０２】ここで、偏光板１７００とミラー１６００
とが、偏光反射手段に該当するものである。

【０１０３】本第３実施例の偏光板１７００は、１／２
波長偏光板となっている。１／２波長偏光板は、直線偏
光の偏光面を回転させることができ、入射光と射出光の
偏光方向の角度差は、入射する光の偏光方向と、複屈折
部材の複屈折軸のなす角の２倍とすることができる。換
言すれば、望遠鏡手段２３００の視準方向と、ガイド光
装置１０００のガイド光の方向の「ずれ角θ」を２倍に
拡大することができる。

【０１０４】第３のレーザー光源２５００は、鉛直光用
の光源であり、第３のコリメートレンズ２５１０でコリ
メートされた後、偏光板２５２０で直線偏光光束とな
り、ハーフミラー２４００で反射され、下方に鉛直光と
して照射される様に構成されている。なお偏光板２５２
０の偏光方向は、望遠鏡手段２３００の視準方向と一致
させる必要がある。

【０１０５】偏光板２５２０を通過した直線偏光光束
は、ハーフミラー２６００で反射され鉛直下方に照射さ
れる。

【０１０６】ガイド光装置１０００は、方向検出装置本
体２０００から鉛直下方に照射されている直線偏光光束
を受光し、偏光板１７００を通過させる。偏光板１７０
０は、１／２波長偏光板であるから、望遠鏡手段２３０
０の視準方向と、ガイド光装置１０００のガイド光の方
向との「ずれ角θ」を２倍に拡大させることができる。

【０１０７】偏光板１７００を通過した直線偏光光束
は、ミラー１６００で反射され、再び、偏光板１７００
を通過した後、方向検出装置本体２０００に向けて鉛直
上方に射出される。

【０１０８】方向検出装置本体２０００のハーフミラー
２６００が、ガイド光装置１０００で反射された偏光光
束を方向差検出手段２２００に導く様になっている。

【０１０９】以上の様に構成された第３実施例は、第２
実施例と同様に、方向差検出手段２２００で、望遠鏡手
段２３００の視準方向と、レーザーガイド装置１０００
のガイド光の方向の「ずれ角θ」を２倍の誤差角度で演
算することができる。ここで、θ＝φ／４となる点は、
第２実施例と異なる。

【０１１０】そして本第３実施例は、磁界により光が曲
げられても、１／２波長偏光板である偏光板１７００に
より、磁界の影響をキャンセルすることができるという
効果がある。またミラー１６００は、コーナーキューブ
にすることもできる。

【０１１１】なお、第３実施例のその他の構成や作用
は、第２実施例と同様であるから、説明を省略する。

【０１１２】「第４実施例」

【０１１３】次に図９に基づいて、第４の実施例である
方向差検出手段２２９０を説明する。この第４の実施例
である方向差検出手段２２９０は、回転偏光部２２１０
における回転偏光板２２１１の代わりに、回転１／２波
長偏光板２２１１Ａを使用したものである。

【０１１４】方向差検出手段２２９０は、回転偏光部２
２１０と、エンコーダ２２２０と、偏光板２２１２と、
集光レンズ２２３０と、絞り２２４０と、受光部２２５
０とから構成されている。

【０１１５】回転偏光部２２１０の回転偏光板２２１１
の代わりに、回転１／２波長偏光板２２１１Ａを使用
し、偏光板２２１２が追加されている。

【０１１６】回転偏光部２２１１が１／２波長偏光板で
構成されているため、入射光と射出光の偏光方向の角度
差を２倍とすることができ、回転偏光部２２１０の回転
が２倍になったのと同様であり、得られる正弦波の周期
数が２倍とすることができる。従って、波形の位相測定
精度を向上させることができる。

【０１１７】なお、偏光板２２１２の偏光方向は、望遠
鏡手段２３００の視準方向と特定の関係とする必要があ
る。

【０１１８】また、アドレスカウンタ６００は、Ｎ／４
進カウンタとなる。

【０１１９】そして本第４実施例は、第１〜第３実施例
に適用可能である。

【０１２０】更に、第４実施例のその他の構成や作用
は、第１〜第３実施例と同様であるから、説明を省略す
る。

【０１２１】なお上記各実施例は、望遠鏡手段２３００
の視準方向が水平方向であったが、視準方向を鉛直方向
にすることもできる。

【０１２２】そして本発明は、望遠鏡手段２３００の視
準方向と、ガイド光装置１０００のガイド光の方向を一
致させる方向検出装置としてもよく、望遠鏡手段２３０
０の視準方向と、ガイド光装置１０００のガイド光の方
向との「ずれ角θ」を測定する装置としてもよい。

【０１２３】また本発明は、所定の方向を設定するパイ
プレーザーや、ビル建築現場の柱の位置合わせ等に応用
することができる。

【０１２４】特にパイプレーザーは、下水管、ヒューム
管等の設置作業のガイド光として用いられ、ガイド光を
左右に調整することができる上、垂直方向に傾斜させる
こともできる。

【０１２５】図１０は、パイプレーザー５００００をト
ンネル内に設置した例であり、地上のトランシット６０
０００に方向検出装置を内蔵させたものである。トラン
シット６００００の視準方向に合わせて、トンネル内で
パイプの位置決めを行うことができる。

【０１２６】

【効果】以上の様に構成された本発明は、ガイド光を照
射するためのガイド光手段と、このガイド光手段とは別
体に形成され、該ガイド光手段からの偏光光束を検出す
るための方向検出装置本体とから構成された方向検出装
置であって、前記ガイド光手段には、所定の方向に規定
された偏光光束を前記方向検出装置本体に対して照射す
るための偏光照射手段が設けられており、前記方向検出
装置本体には、前記偏光照射手段からの偏光光束を受光
し、所定の方向との差を検出するための方向差検出手段
を備えており、この方向差検出手段は、偏光光束を透過
させるための回転偏光板と、この回転偏光板を透過した
偏光光束を集光させるための集光レンズと、この集光レ
ンズで集光された偏光光束を受光するための受光部と、
前記回転偏光板の所定の位置及び回転を検出するための
エンコーダ手段とから構成されているので、大掛かりな
装置を必要とせず、累積誤差も蓄積されずに高精度な位
置決めができる上、立坑等の径を小さくすることができ
るという効果がある。

【０１２７】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を説明する図である。

【図２（ａ）】ガイド光と偏光板の偏光方向を説明する
図である。

【図２（ｂ）】基準位置と回転偏光板の偏光方向を説明
する図である。

【図３（ａ）】ガイド光と偏光板の偏光方向を説明する
図である。

【図３（ｂ）】基準位置と回転偏光板の偏光方向を説明
する図である。

【図４】受光部２２５０の出力波形を説明する図であ
る。

【図５】電気的構成を説明する図である。

【図６】演算結果を説明する図である。

【図７】本発明の第２実施例を説明する図である。

【図８】本発明の第３実施例を説明する図である。

【図９】本発明の第４実施例を説明する図である。

【図１０】本発明の使用例を説明する図である。

【図１１】従来技術を説明する図である。

【符号の説明】

１００００第１実施例である方向検出装置２００００第２実施例である方向検出装置３００００第３実施例である方向検出装置２２９０第４実施例の方向差検出手段１０００ガイド光装置１１００第１のレーザー光源１２００第１のコリメートレンズ１３００偏光板１４００第２のレーザー光源１５００第２のコリメートレンズ１６００ミラー１７００偏光板２０００方向検出装置本体２１００位置検出手段２２００方向差検出手段２２１０回転偏光部２２１１回転偏光板２２１１Ａ回転１／２波長板２２１２偏光板２２２０エンコーダ２２３０集光レンズ２２４０絞り２２５０受光部２３００望遠鏡手段２４００ハーフミラー２５００第３の光源手段２５１０第３のコリメートレンズ２５２０偏光板２６００１／４波長板１００フィルタ２００検波器３００Ａ／Ｄコンバータ４００加算器５００メモリ６００アドレスカウンタ７００回転数カウンタ８００ゲート９００ＣＰＵ９１０ディスプレイ９２０リモコン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガイド光を照射するためのガイド光手段
と、このガイド光手段とは別体に形成され、該ガイド光
手段からの偏光光束を検出するための方向検出装置本体
とから構成された方向検出装置であって、前記ガイド光
手段には、所定の方向に規定された偏光光束を前記方向
検出装置本体に対して照射するための偏光照射手段が設
けられており、前記方向検出装置本体には、前記偏光照
射手段からの偏光光束を受光し、所定の方向との差を検
出するための方向差検出手段を備えており、この方向差
検出手段は、偏光光束を透過させるための回転偏光板
と、この回転偏光板を透過した偏光光束を集光させるた
めの集光レンズと、この集光レンズで集光された偏光光
束を受光するための受光部と、前記回転偏光板の所定の
位置及び回転を検出するためのエンコーダ手段とから構
成されていることを特徴とする方向検出装置。
【請求項２】ガイド光を照射するためのガイド光手段
と、このガイド光手段とは別体に形成され、該ガイド光
手段からの偏光光束を検出するための方向検出装置本体
とから構成された方向検出装置であって、前記ガイド光
手段には、所定の方向に規定された偏光光束を前記方向
検出装置本体に対して照射するための偏光照射手段が設
けられており、前記方向検出装置本体には、前記偏光照
射手段からの偏光光束を受光し、所定の方向との差を検
出するための方向差検出手段を備えており、方向差検出
手段は、偏光光束を透過させるための回転偏光板と、こ
の回転偏光板を透過した偏光光束を集光させるための集
光レンズと、この集光レンズで集光された偏光光束を受
光するための受光部と、前記回転偏光板の所定の位置及
び回転を検出するためのエンコーダ手段と、前記受光部
の受光信号をＡ／Ｄ変換するためのＡ／Ｄ変換手段と、
このＡ／Ｄ変換手段でＡ／Ｄ変換されたディジタル信号
を周期毎に重ね合わせて記憶するための記憶手段と、こ
の記憶手段に記憶された信号を平均化することにより、
前記回転偏光板の偏光方向と前記ガイド光手段から照射
された偏光光束の方向との位相差を演算するための演算
手段とから構成されていることを特徴とする方向検出装
置。
【請求項３】方向検出装置本体の方向差検出手段に
は、回転偏光板に代えて、偏光照射手段から照射された
偏光光束の偏光方向を波形として観察するための回転可
能な偏光方向変換部材となっている請求項１〜２記載の
方向検出装置。
【請求項４】ガイド光を照射するためのガイド光手段
と、このガイド光手段とは別体に形成され、該ガイド光
手段からの偏光光束を検出するための方向検出装置本体
とから構成された方向検出装置であって、前記ガイド光
手段には、偏光光束を反射させるための偏光反射手段が
備えられており、方向検出装置本体には、前記偏光反射
手段に対して偏光光束を照射するための偏光照射手段
と、該偏光反射手段で反射された偏光光束を受光し、所
定の方向との差を検出するための方向差検出手段を備え
ており、この方向差検出手段は、偏光光束を透過させる
ための回転偏光板と、この回転偏光板を透過した偏光光
束を集光させるための集光レンズと、この集光レンズで
集光された偏光光束を受光するための受光部と、前記回
転偏光板の所定の位置及び回転を検出するためのエンコ
ーダ手段とから構成されていることを特徴とする方向検
出装置。
【請求項５】ガイド光を照射するためのガイド光手段
と、このガイド光手段とは別体に形成され、該ガイド光
手段からの偏光光束を検出するための方向検出装置本体
とから構成された方向検出装置であって、前記ガイド光
手段には、偏光光束を反射させるための偏光反射手段が
備えられており、方向検出装置本体には、前記偏光反射
手段に対して偏光光束を照射するための偏光照射手段
と、該偏光反射手段で反射された偏光光束を受光し、所
定の方向との差を検出するための方向差検出手段を備え
ており、前記受光部の受光信号をＡ／Ｄ変換するための
Ａ／Ｄ変換手段と、このＡ／Ｄ変換手段でＡ／Ｄ変換さ
れたディジタル信号を周期毎に重ね合わせて記憶するた
めの記憶手段と、この記憶手段に記憶された信号を平均
化することにより、前記回転偏光板の偏光方向と前記ガ
イド光手段から照射された偏光光束の方向との位相差を
演算するための演算手段とから構成されていることを特
徴とする方向検出装置。
【請求項６】方向検出装置本体の方向差検出手段に
は、回転偏光板に代えて、ガイド光手段から反射された
偏光光束の偏光方向を波形として観察するための回転可
能な偏光方向変換部材となっている請求項４〜５記載の
方向検出装置。
【請求項７】偏光照射手段からの偏光光束は、円偏光
である請求項４〜６記載の方向検出装置。