JPS641723B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 従来の水準観測は気泡管式水準儀又は自動水準
儀を用い測点に据えた標尺方向を視準しその目盛
を読み取つて高低差を求める方法が一般的であ
る。

本発明の水平光線旋回装置は第１図に示すよう
に本体１から発射される水平光線Ｈ，H′をプリ
ズム装置２で回転させ観測点に据えられた標尺３
の前面に取付けられた光電検出器５（以下検出器
という）を上下させて照射光線Ｈの中心を求め、
その時の標尺の目盛４を指標６により読取るもの
で、本装置を用いる場合は本体側の観測者は不要
で標尺側で検出器を上下させて目盛を読むだけで
よい。

従つて、従来の水準観測に於いては本体側の観
測者と標尺を持つポールマンの二人の観測者を必
ず必要としたが、本装置による水準観測では標尺
を持つポールマン一人でよいばかりか、水平光線
が旋回する面内のいずれの観測点でも標尺を移動
させて多数の観測ができるため測量コストを大巾
に低下させることができる利点がある。

しかし従来の水平光線旋回装置は本体が地盤振
動や据付誤差により水平面が変化するため本体全
体を直交２方向で電気水準器とサーボ機構で自動
水準化させているが、これ等の機構は温度変化や
運搬時の衝撃で水準光軸が狂いやすく本格的な実
用化の域に達していない。又、発射光は赤外光線
を用いているものが多くポールマンはこの不可視
光線を確認できず手さぐりで検出器を上下させて
水平光線の高さをさがすため観測に手間がかかる
等の欠点があつた。

本発明は以上の欠点を全面的に解決した水平光
線旋回装置を提供するもので、その原理、構造を
以下図面について説明する。

第２図に於いて鉛直光軸Ｖ，Ｖ上に固定された
焦点距離ｆの送光レンズL₁の焦点面Ｆに第４図
に示すような直交２方向にベアリング１８で夫々
支えられたジンバル軸１６，１７を設けて、振子
筒１９を懸架し、振子筒の下端に送光レンズL₁
と同一焦点距離ｆの補償レンズL₂を固着しL₂の
焦点が前記送光レンズL₁の焦点Ｆとジンバル軸
の交点と一致するようにし補償レンズL₂は直交
２方向に対して振揺自在な構造の振子で支えてい
る。補償レンズの鉛直下方にはコリメーターレン
ズL₃があり、その焦点に置かれた可視光発光ダ
イオード７の光を平行光束として補償レンズに入
射させる。

第３図は本装置がジンバル軸１７を中心に或る
小さな角αに傾いたときの光学系の状態を示すも
のである。

このとき光軸はV′，V′となり送光レンズL₁は
△s₁＝ｆ・αだけ水平右側方向に移動するが、補
償レンズL₂はジンバル軸Ｆから吊られているた
め移動せず、本体の傾斜に無関係に元の位置にあ
る。

下部の発光ダイオードを有するコリメーターレ
ンズ系は本体に固着されているためコリメーター
からの平行光束はα角傾いて補償レンズに入射す
る。コリメーターレンズL₃からの平行光束は補
償レンズL₂により集光されその焦点面に△s₂＝
Ｆ・αだけ右側に移動した位置に焦点を結ぶが△
s₁＝△s₂であるため送光レンズL₁の鉛直真下の焦
点位置に合焦するためこの光束が送光レンズを出
射するときは再び光軸は鉛直となる。

これ等の動作は振子筒１９が直交２軸で振揺可
能に吊られているため装置が紙面内又は紙面と直
角方向のいずれの方向に傾いても送光レンズから
出射される光束は鉛直方向を保つ。送光レンズ
L₁の上部には第４図に示すように光軸を直角偏
角させる二面反射プリズム１０があり鉛直光束を
水平方向に偏角させるが出射窓ガラスを兼用した
光学楔１１を回転することにより二面反射プリズ
ムの偏角が正確な90゜からの製造上の誤差を修正
している。二面反射プリズム１０と光学楔１１は
一体のプリズム枠２に収容し下部の回転軸の外周
に設けたプーリー１２とモーター１５のプーリー
１３をベルト１４を介して回転駆動し水平光束を
水平面内で旋回させる。このとき直角偏角は２つ
の反射面を有するプリズムであるため回転軸の若
干のフラツキに対して偏角90゜は変化しない。

前述させる装置に使用している光源には可視光
発光ダイオードを使用しているため本体から100
〜200ｍはなれてもその光束を肉眼で確認できる
が、光源直径略0.1mmであるため若し送光レンズ
の焦点距離を100mmとすれば100ｍ離れた地点の水
平光束の直径φはφ₁＝100ｍ×0.1／100＝10cmと
なるためこの可視光束を使つて精密な水準観測を
することはできない。

そこでコリメーターレンズL₃と可視発光ダイ
オード７の像空間にダイクロイツクプリズム９を
配置しダイクロイツクプリズムの直角反射光軸上
の反射点から可視光発光ダイオード７までの距離
と等しい距離位置に光源直径の小さい不可視光
（赤外）発光ダイオード８又はレーザダイオード
を置き可視光（波長500〜600μｍ）と不可視光
（波長700〜900μｍ）を同時発光させる。

ダイクロイツクプリズムは不可視光は反射させ
るが可視光は透過させるため水平旋回光束は可視
光と不可視光が同一光軸上で同時旋回する。

赤外線発光ダイオード又はレーザダイオードの
発光源の直径は一般に0.002〜0.02mmであるため
若し0.01mmの光源直径の赤外線発光ダイオードを
用いれば前述と同一の焦点距離の送光レンズを用
いて100ｍ離れた地点に投射した光束直径φ₂はφ₂
＝100ｍ×0.01／100＝10mmとなり光電検出器によ
り中心位置を１mm以下の精度で測定することがで
きる。

コリメーターレンズL₃は水平面の一方向のガ
イド２２によりマイクロネジ２３により微少移動
させればコリメーターからの出射光束を僅かに傾
斜させることができるため、水平光線の旋回面も
自動水準作用を動作させながら傾斜させて排水勾
配として、例えば０〜10／1000勾配をマイクロメ
ーター目盛により与えることができる。

更に本装置は地盤の振動やモーターの回転から
受ける振動に対して振子筒１９を制動させねばな
らないため振子筒下部の外周に純銅から成る制動
円板２０を装着し、直交２方式の外周４箇所に無
接触でマグネツト２１，２１′により強力な電磁
制動をかけ外部からの振動に対して極めて安定に
鉛直状態を保つようにしてある。

尚、本発明装置の光源にガスレーザーの光束を
集光し、その焦点を発光ダイオードの光源位置に
一致するように構成しても同一の動作をする。

以上説明したように本発明の水平光線旋回装置
は従来装置全体を電気制御回路とサーボ機構によ
り自動水準動作をさせていた方式に比べ新しい光
学的条件の導入により、単に補償レンズを吊るだ
けで直交２方向の自動水準作用を実現させている
ため構造が簡単でコストが安いばかりでなく、温
度の大きな変化や各種の振動に対して従来の測量
用自動水準儀と同等の安定度を有し、且つ光束の
細い測定用の不可視赤外光と肉眼観視用の可視光
を同時旋回させているため旋回水平面の確認が容
易であるため測量作業の効率を大巾に向上させる
特長がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は水平光線旋回装置による水準測量の一
実施例を示す略図。第２図、第３図は自動水準作
用の原理を示す光路図。第４図は本発明水平光線
旋回装置の構造を示す断面略図。 符号の説明、１……本体、２……プリズム装
置、３……標尺、４……標尺の目盛、５……光電
検出器、６……指標、７……可視光発光ダイオー
ド、８……不可視光（赤外）発光ダイオード又は
レーザダイオード、９……ダイクロイツクプリズ
ム、１０……二面反射プリズム、１１……光学
楔、１２……プリズム枠プーリー、１３……モー
タープーリー、１４……ベルト、１５……モー
タ、１６，１７……ジンバル軸、１８……ベアリ
ング、１９……振子筒、２０……純銅製制動円
板、２１……マグネツト、２２……ガイド、２３
……マイクロネジ、L₁……送光レンズ、L₂……
補償レンズ、L₃……コリメーターレンズ、Ｆ…
…送光レンズの焦点面、ｆ……L₁，L₂の焦点距
離、Ｈ，H′……水平光線、Ｖ，Ｖ……鉛直光軸、
V′，V′……傾いた鉛直光軸、α……小さな傾き。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 光軸を鉛直に支持した送光レンズの焦点面に
   Ｘ，Y2方向に振揺自在なジンバル軸を設け、該
   ジンバル軸に懸架された振子筒に前記送光レンズ
   と同一焦点距離の補償用レンズをその焦点が送光
   レンズの焦点と一致するように構成し、補償用レ
   ンズの下方から鉛直方向にコリメーターレンズを
   設け、この焦点に可視光発光ダイオードを置き発
   光光束を平行光束として投光し、コリメーターレ
   ンズと可視光発光ダイオードの像光間にはダイク
   ロイツクプリズムを設け、反射光軸上にはプリズ
   ムの反射点と可視光発光ダイオードとの距離と等
   しい位置に光源直径の小さい不可視光発光ダイオ
   ード又はレーザダイオードを装着し、前記送光レ
   ンズから発射される平行光束は２面反射プリズム
   により正確に水平方向に偏角せしめ、該２面反射
   プリズムをモーターにより回転させて水平光束を
   旋回せしめ、コリメーターレンズを水平面の一方
   向にマイクロ装置により移動せしめることにより
   水平光束旋回面を任意な角度だけ傾斜させること
   もできることを特長とした水平光線旋回装置。