JPS6010242B2 - 光ビ−ムの位置検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、レーザ・ビーム等の光ビームの位置を検出
する装置に関するものである。

この種の従来の位置検出装置としては、トンネル掘進機
のトンネル基準線からのずれを測定するトンネル掘進機
用光ビーム位置並びに角度検出装魔がトンネルの掘進に
おいては、トンネル掘進機の掘進方向を測量し、目標値
になるように常に制御する必要がある。

通常は、掘進機の後方より基準用の光ビーム、例えばレ
ーザ・ビームを投光し、掘進機に取り付けられた位置並
びに角度検出装置で、光ビームに対する位置、並びに角
度を検出して、もって、測量の省力化に効果を上げてい
る。然し、従来のこの種位置角度検出装置には、位置検
出用として光ビームの相対的な移動に追従するサーボ機
構を、また角度検出用として光ビ−ムの角度に追従する
ジャィロ機構等の精密機器を用いているため価格が高く
、また高速回転する部分があるため、連続運転等に対す
る耐久性が低い欠点があった。

この発明の目的は、長寿命で且つ信頼性の高い光ピ−ム
位置検出装置を提供しようとするもので、従来用いてい
たサーボ機構及びジャィロ機構等の運動機構を排除し、
液晶を使って純電気的に光ビームの位置を検出しようと
するものである。

以下、この発明の一実施例を第１図乃至第６図に基づい
て説明する。先づ第１図は、光ビームの透過率を変化さ
せるためこの発明の光ビーム位置検出装置に用いられる
液晶板の構成斜面図で、液晶板１は、表面に適宜間隔を
もって縞状の透明電極２，２′をコーティングしたネサ
ガラス３，３′を、それぞれ９００ずらす。つまり縦と
穣の縞状に配置した透明電極を向い合せ、スべ−サ４で
間隔を保って透明電極間に液晶５を充填し、更にシール
したものである。尚、透明電極２，２′の幅、及び隣接
した透明電極間の絶縁間隔は、求める位置、角度の要求
精度より決まるが、一例として電極幅１．８肋間隔系己
線幅０．２側である。第２図は、本発明による光ビーム
位置検出装置を説明するための簡略構成線図であり、レ
ーザ・ビーム６は液晶板１，１′を通り放物面集光鏡７
にあたり、その焦点に置かれた光電変換器８に集光せし
めて、これにより電気信号に変換され制御回路９に導か
れる。１０は液晶板１，１′を収容せる蟹体である。

又制御回路９は、液晶板１，１′の各透明電極２，２′
の所望位置を選択し、電界を加えるために例えば次の構
成要素を含んでいる。即ち、マルチプレクサと、マルチ
プレクサのアドレス回路と光電変換器８の電気信号を増
幅する増幅器と選択した電極アドレスから距離計算をす
るための計算回路とそして計算結果を表示する表示回路
等とから構成されていて、液晶板１，１′の各透明電極
２，２′とりード線１１で接続されている。液晶は周知
のように電界が与えられるとその間だけ液晶が透明から
不透明に変化するもので立上り時間が立下り時間に比し
、短い額向があり、いずれにしても１０００分の数秒程
度である。

従って、縞状の透明電極を有する液晶板の各電極を選択
して電界を与えると、液晶板の選択部分を不透明にする
ことができ、光ビームに対する電気的なシャッターを構
成するもので、本発明はかかる原理を光ビームの位置検
出装置に使用したものである。次に本発明装置を具体的
な測定例について述べる。第３図及び第４図は第２図の
液晶板１（１′も同じ）の正面図で、第３図は光ビーム
６のＸｉの位置を、第４図は光ビーム６のＹｉの位置を
測定するための説明図で、第３図及び第４図をあわせる
ことにより光ビーム６の位置（×ｉ、Ｙｉ）が測定でき
るのである。

今、光ビーム６が第３図に示すように座標的な位置（Ｘ
ｉ、Ｙｉ）を透過したとして、この場合の位置Ｘｉの求
め方を第３図を用いて説明する。

先ず、制御回路９により縦方向にある透明電極２′（Ｙ
，、Ｙ２、Ｙ３…Ｙｉ…Ｙｎ）を全て選択し所定の同電
位にしておく。次に横方向にある透明電極２のＸｉ電極
に電界を加えるとＸ，電極部分の液晶のみが透明から不
透明に変化する。このとき光ビーム６は位置（Ｘｉ）を
通過しているのであるから光電変換器８からの電気信号
はＸ，電極が不透明になっても変化しない。変化がなか
った場合はＸ，電極部分に光ビーム６がなかったものと
して選択する電極のアドレスをＸ２に進め、同様に光電
変換器８の電気信号を調べる。そしてＸｉまで進んでＸ
ｉ電極に電界が印加されると液晶が不透明になることに
より、位置（Ｘｉ）を透過していた光ビーム６は透過が
妨げられ光電変換器８からの電気信号は変化する。この
電気信号が変化した時の電極アドレスＸｉに透明電極２
又は２′の幅及び間隔で決まる係数を掛ければ光ビーム
６の液晶板１における位置Ｘｊを求めることができる。
次にＹ位置の求め方を第４図を用いて説明するが、第３
図の場合と同様でこの場合は、先ず制御回路９により透
明電極（Ｘ，、Ｘ２、Ｘ３・・・Ｘｉ・・・Ｘｎ）を全
て選択し所定の同電位にしてから透明電極２′のＹ，電
極より順次選択して電界を印加する。

そしてＸ位置の測定と同様に光電変換器８からの電気信
号が変化するか否かを調べ、位置Ｙｉにおいて光電変換
器８からの電気信号のみが変化することをつきとめられ
る。このようにして制御回路９より光ビーム６の透過位
置（Ｘｉ、Ｙｉ）を求めることができる。又、上記にお
いては、光ビーム６の広がりが透明電極２，２′の中よ
り十分小さい場合の測定法について述べたが、光ビーム
の広がりが透明電極の中より大きい場合でも例えば第５
図に示すように透明電極２に日頃次（・・・Ｘｉ‐２、
Ｘｉ‐，、Ｘｉ、ＸＬ，、Ｘｉ＋２の順）電界をかけて
不透明にしてゆき、その時の光電変換器８の電気信号を
調べ、どの電極迄不透明にしたら光電変換器８の出力が
規定値を下まわったかを求め、この時の電極アドレス（
Ｘｉ＋，）を記憶しておく。

次に第６図のように第５図とは逆の電極アドレスから順
次（…Ｘｊ十２、Ｘｉ＋，、Ｘｉ、Ｘｉ‐，、Ｘｉ‐２
の順）電界をかけて透明電極２を透明から不透明にして
ゆき、どの電極迄不透明にしたら光電変換器８の出力が
規定値を下まわったか調べる。この時求めた電極アドレ
スＸｉと第５図の測定で求めた電極アドレスＸＬ，に、
それぞれ透明電極２の幅及び間隔で決まる係数を掛け、
この平均を求め、更にＹ位置方向についても同様にして
求めた値から図示されているような光ビーム６の中心位
置を求めることができる。尚これではＸｉとＸＬの中心
にビームの中心があると判断されるが、トンネル測量の
場合ではこの誤差程度（士１脚）は許容される範囲とし
て扱って可である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の光ビーム位置検出装置に用いられ
る液晶板の構成斜視図、第２図はこの発明の簡略構成線
図、第３図及び第４図は第２図の正面図でそれぞれＸ位
置及びＹ位置測定について説明した図、及び第５図及び
第６図は他の×位置測定について説明した図である。 １，１…・・・液晶板、２・・・・・・透明電極、４・
・・・・・スべ−サ、５……液晶、６……光ビーム、７
・・・…集光鏡、８・・・・・・光電変換器、９・・・
・・・制御回路。 第１図図 Ｎ 船 第３図 第４図 第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 入射する光ビームの透過率を変化させるため、縦と
   横の縞状にして間隔をおいた多数の透明電極をもつ２組
   の電極組体を液晶を介して配する液晶板と、前記液晶板
   の各透明電極に選択的に電界を加えることにより、部分
   的に光ビームの透過率を変える制御回路と、前記液晶板
   を透過した光ビームを電気信号に変換する光電変換器と
   、を備え、前記制御回路によって選択された前記透明電
   極への位置信号と前記光電変換器の電気信号とから、光
   ビームの入射位置をうることを特徴とする光ビーム位置
   検出装置。 ２ 液晶板には表面に縦と横の縞状にして間隔をおいた
   多数の透明電極をもった２組の電極組体を向い合せ、ス
   ペーサで間隔を保って前記スペーサの中に液晶を充填し
   てなる特許請求の範囲第１項記載の光ビーム位置検出装
   置。 ３ 液晶板を透過した光ビームは集光鏡で集光し、集光
   位置に配置せる光電変換器によって光ビームを電気信号
   に変換するようにした特許請求の範囲第１項記載の光ビ
   ーム位置検出装置。