光ビームの角度設定方法
【課題】レーザビームをプリズムに入射し射出方向を当該プリズムの回転により振らせる際に正確に所定の角度に向ける。
【解決手段】レーザビームをプリズムに入射し射出方向を当該プリズムにより振らせ、所定の角度に向ける。目標箇所の周囲に所定距離で設けられた複数の光電センサを備える。振られたレーザビームにより複数の光電センサのいずれか１である第１の光電センサにより検知させる。レーザ検知した第１の光電センサの位置と、前記レーザ検知のためのプリズムの基準軸に対するレーザビームの振れ角度φ１とに基づいて第２の光電センサに向けてプリズムの基準軸に対して角度φ２だけレーザビームを振らす。振らしたレーザビームにより第２の光電センサで検知するか否かを判定する。
【解決手段】レーザビームをプリズムに入射し射出方向を当該プリズムにより振らせ、所定の角度に向ける。目標箇所の周囲に所定距離で設けられた複数の光電センサを備える。振られたレーザビームにより複数の光電センサのいずれか１である第１の光電センサにより検知させる。レーザ検知した第１の光電センサの位置と、前記レーザ検知のためのプリズムの基準軸に対するレーザビームの振れ角度φ１とに基づいて第２の光電センサに向けてプリズムの基準軸に対して角度φ２だけレーザビームを振らす。振らしたレーザビームにより第２の光電センサで検知するか否かを判定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ビームの射出方向の角度を設定する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
下水管あるいは通信ケーブルを地下に敷設するため設置する場所の地上の状況、例えば、コストダウンの観点で地上とのアクセス孔である立坑を減らしたい、川の下で立坑を掘れない場合などから一回に推進する孔の距離を長くしたいとの要望がある。
例えば、通信ケーブルを地下に敷設する場合、３００ｍｍ〜６００ｍｍ程度の小口径の管路内に配線する。管路を配設するには図４の側面図のように発進立坑４０１側から到達立坑４０２側までの計画線に沿って先導体４０３で掘削し、その孔に一定長さの推進管を計画線の始めから順次つなげるように推していく。このとき、管路が計画線からずれないように、計画線からのずれを測定しながら推進管を推す方向を決めている。なお、４０４はレーザ発振器、４０５は基準プリズムユニット、４０６は中間プリズムユニット、４０７はレーザ光線、４０８は地表である。
【０００３】
図５（ａ）は、計画線からのずれを測定する方法を示し、光学式プリズム計測システムを示す。図５（ａ）において、５０１は管路、５０２は管路５０１の発進立坑側に配置したレーザ発振器、５０３は管路５０１の発進立坑側に設けた基準プリズムユニット、５０４は管路５０１に沿って配設された一定長さの推進管、５０５は推進管５０４の１つの所定位置に設置された中間プリズムユニット、５０６は先端部に掘削機を備えた先導体、５０７は先導体５０６の掘削機の設置とは反対方向の面の受光部、５０８はこの計測システムを制御する制御部である。基準プリズムユニット５０３、中間プリズムユニット５０５及び先導体５０４は制御部５０８に接続し、信号の授受、機構部の制御等を受ける。
各推進管５０４の長さは、一定のものを用いているからそれらが配設されている管路の長さＬ１，Ｌ２は既知である。
受光部５０７の上下左右の４個所例えば正四角形の各頂点位置に設けられる光電センサ５０７ａが設けられ、この例を図５（ｂ）に示す。
この明細書において、基準プリズムユニット５０３と中間プリズムユニット５０５とを総称してプリズムユニットということがある。これらプリズムユニットは、図６（ａ）の断面図のように、回転自在に設けられた一対のウェッジプリズム６０１ａ，６０１ｂと、この一対のウェッジプリズムそれぞれを個別に回転する一対の駆動手段６０２ａ，６０２ｂと、一対のウェッジプリズムそれぞれの回転角を検出する一対の角度検出手段６０３ａ，６０３ｂと、光電センサ６０４を備える。光電センサ６０４は、図６（ｂ）の側面図に示すように、ケース６０８の発振立坑側の面上の透過窓６０９の周囲上下左右４個所例えば正四角形の各頂点位置に設けられ、軸６０６からの距離が既知であり、例えば等距離にある。そして、透過窓６０９からウェッジプリズムの面６０５ａまでの距離は既知である。
なお、基準プリズムユニット５０３に光電センサ６０４を備える必要はない。
各ウェッジプリズムの一方の面６０５ａ，６０５ｂと直角な軸６０６を中心に回転するように一対のウェッジプリズムを配置し、それぞれの傾斜面６０７ａ，６０７ｂのそれぞれが平行にあるときにプリズムユニット５０５に入射する光と出る光とは平行となる。プリズムユニットに入射した光は各ウェッジプリズムの相対的な回転角に応じて軸６０６に対し所定の角度で屈折して透過窓６１０を通過する。
【０００４】
図５、図６において、先導体５０６が管路５０１をある程度掘削して進み、その後に推進管５０４を接続している。中間プリズムユニット５０５を一定間隔で推進管５０４ａ内の所定位置に配置する。
レーザ発振器５０２からのレーザ光５０２ａは、中間プリズムユニット５０５の光電センサ６０４のいずれかで検知できるように、基準プリズムユニット５０３の一対のウェッジプリズムを回転させ、光電センサ６０４のいずれか１の光電センサ（第１の光電センサと称する。）で検知する。この第１の光電センサの位置は軸６０６から所定の距離にあり、駆動手段６０２ａ，６０２ｂによる回転を角度検出手段６０３ａ，６０３ｂにより、レーザ光の振れ方向と角度が分かっているから、振れ方向と角度に基づき、この検知状態からレーザ光をウェッジプリズム６０１ａが軸６０６と交わる箇所に来るように、基準プリズム５０３により制御する。さらに中間プリズムユニット５０５を通過したレーザ光５０２ａが先導体５０６の受光部５０７で検知できるように、中間プリズムユニット５０５の一対のウェッジプリズム６０１ａ，６０１ｂを回転させる。このときの基準プリズムユニット５０３と中間プリズムユニット５０５との回転角からレーザ光の屈折角θ１，θ２を知ることができる。θ１は、基準プリズムユニット５０５のウェッジプリズム６０１ａ，６０１ｂの対抗する傾斜面６０７ａ，６０７ｂのそれぞれが平行にあるときに、入射し射出した方向を基準線としたときのその基準線に対する角度である。この角度θ１，θ２と距離Ｌ１，Ｌ２とから、先導体５０６の計画線からのずれを算定し、その位置を計算する。なお、Ｌ１は基準プリズムユニット５０３の一対のウェッジプリズムの中間部から中間プリズムユニット５０５の一対のウェッジプリズムの中間部までの距離、Ｌ２は中間プリズムユニット５０５から先導体５０６の受光面５０７までの距離である。
【０００５】
このような光学式プリズム計測システムによると、地中深くに敷設する場合でも、ウェッジプリズムの回転角を計測することで精密に光の屈折角を制御でき、位置を高精度に計測することができる。
しかしながら、レーザ光を通す通路例えば推進管の内面が鏡面のように滑らかであり、レーザ光の振れ角度により推進管５０４の内面に反射するときは減衰なく反射して後段の中間プリズムユニット５０５の光電センサ６０４又は先導体５０６の受光部５０７により検知される場合がある。このときの検知されるレーザ光は推進管５０４の内面で反射されたものであるから、このときのレーザ光の屈折角は正しいものではないという、不都合があった。
【特許文献１】特許第３６００７６３号公報
【特許文献２】特許第３６６３３２２号公報
【特許文献３】特開２００２−０９０１４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
発明が解決しようとする課題は、光ビームをプリズムに入射し射出方向を当該プリズムの回転により振らせ、所定の角度に向ける光ビームの角度設定方法であって、正確に所定の角度に向ける方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため請求項１に係る光ビームの角度設定方法は、光ビームをプリズムに入射し射出方向を当該プリズムにより振らせ、所定の角度に向ける光ビームの角度設定方法であって、目標箇所の周囲に所定距離で設けられた複数の光電センサを備え、振られた光ビームにより前記複数の光電センサのいずれか１である第１の光電センサにより検知させる第１の過程と、第１の過程において光検知した第１の光電センサの位置と、前記光検知のためのプリズムの基準軸に対する光ビームの振れ角度φ１とに基づいて第２の光電センサに向けてプリズムの基準軸に対して角度φ２だけ光ビームを振らす第２の過程と、第２の過程で振らした光ビームにより第２の光電センサで検知するか否かを判定する第３の過程からなることを特徴とする方法である。
【０００８】
請求項２に係る光ビームの角度設定方法は、光ビームをプリズムに入射し射出方向を当該プリズムにより振らせ、所定の角度に向ける光ビームの角度設定方法であって、目標箇所の周囲に所定距離で設けられた複数の光電センサを備え、振られた光ビームにより前記複数の光電センサのいずれか１である第１の光電センサにより検知させる第１の過程と、第１の過程において光検知した第１の光電センサの位置と、前記光検知のためのプリズムの基準軸に対する光ビームの振れ角度φ１とに基づいて第２の光電センサに向けてプリズムの基準軸に対して角度φ２だけ光ビームを振らす第２の過程と、第２の過程で振らした光ビームにより第２の光電センサで検知するか否かを判定する第３の過程と、第３過程において第２の光電センサで検知したとき、目標箇所に向けてプリズムの基準軸に対して目標箇所がなす角度φ３だけ光ビームを振らす第４の過程とからなることを特徴とする方法である。
【０００９】
請求項３に係る光ビームの角度設定方法は、光ビームをプリズムに入射し射出方向を当該プリズムにより振らせ、所定の角度に向ける光ビームの角度設定方法であって、目標箇所の周囲に所定距離で設けられた複数の光電センサを備え、振られた光ビームにより前記複数の光電センサのいずれか１である第１の光電センサにより検知させる第１の過程と、第１の過程において光検知した第１の光電センサの位置と、前記光検知のためのプリズムの基準軸に対する光ビームの振れ角度φ１とに基づいて第２の光電センサに向けてプリズムの基準軸に対して角度φ２だけ光ビームを振らす第２の過程と、第２の過程で振らした光ビームにより第２の光電センサで検知するか否かを判定する第３の過程と、第３過程において第２の光電センサで検知したとき、目標箇所に向けてプリズムの基準軸に対して目標箇所がなす角度φ３だけ光ビームを振らし、第２の光電センサで検知されないとき、新たな第１の光電センサにより検知させる第１の過程に戻る第４の過程とからなることを特徴とする方法である。
【００１０】
請求項４に係る光ビームの角度設定方法は、光ビームを振らせ目標に当てて反射させ、発光波の発光時と反射波の受光時との時間差から目標との距離を測定する際の角度設定方法において、目標箇所に所定の距離で設けられた複数の反射板を備え、振られた光ビームの反射板による反射光を光ビームの発光手段の位置に設けられた受光器により検知する第１の過程と、第１の過程において光ビームを検知した第１の反射板の前記複数反射板との相対位置と、前記光ビーム検知のための光ビーム偏向手段の基準軸に対する光ビームの振れ角度Φ１とに基づいて第２の反射板に向けて光ビーム偏向手段に対して角度Φ２だけ光ビームを振らす第２の過程と、第２の過程で振らした光ビームにより第２の反射板で検知するか否かを判定する第３の過程からなることを特徴とする方法である。
【００１１】
請求項５に係る光ビームの角度設定方法は、光ビームを振らせ目標に当てて反射させ、反射波の有無から目標の角度を測定する際の角度設定方法において、目標箇所に所定の距離で設けられた複数の反射板を備え、振られた光ビームの反射板による反射光を光ビームの発光手段の位置に設けられた受光器により検知する第１の過程と、第１の過程において反射光を検知したときの第１の反射板に向けた前記光ビームの角度と、前記光ビーム検知のための光ビーム偏向手段の基準軸に対する光ビームの振れ角度Φ１とに基づいて第２の反射板に向けて光ビーム偏向手段に対して角度Φ２だけ光ビームを振らす第２の過程と、第２の過程で振らした光ビームにより第２の反射板で検知するか否かを判定する第３の過程からなることを特徴とする方法である。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に係る光ビームの角度設定方法によると、第１の光電センサによる光検知をし、この振れ角度φ１に基づいて第２の光電センサに向けて角度φ２だけ光ビームを振らすから、第２の光電センサにより光ビームの検知があるか否かにより、角度設定が適正に行えたか否かを判定することができる。
【００１３】
請求項２に係る光ビームの角度設定方法によると、振れ角度φ１による第１の光電センサの検知と、その後に振れ角度φ１に基づいて第２の光電センサに向けて角度φ２だけ光ビームを振らし、第２の光電センサにより光ビームの検知があるときに、目標箇所に正しく光ビームへの角度設定を適正に行うことができる。
【００１４】
請求項３に係る光ビームの角度設定方法によると、振れ角度φ１による第１の光電センサの検知と、その後に振れ角度φ１に基づいて第２の光電センサに向けて角度φ２だけ光ビームを振らし、第２の光電センサにより光ビームの検知がないときに、再度新たな第１光電センサの検知を行うように戻り、正しく角度設定するまで行うことができる。
【００１５】
請求項４に係る光ビームの角度設定方法によると、第１の反射板による反射光を光ビームの発光手段の位置に設けられた受光器により検知し、この位置と光ビームの振れ角度Φ１とに基づいて第２の反射板に向けて光ビーム偏向手段に対して角度Φ２だけ光ビームを振らすから、第２の反射板で検知するか否かにより、角度設定が適正に行えたか否かを判定することができ、適正な状態で目標との距離を測定するための前提となる。
【００１６】
請求項５に係る光ビームの角度設定方法によると、第１の反射板による反射光を光ビームの発光手段の位置に設けられた受光器により検知し、この角度と光ビームの振れ角度Φ１とに基づいて第２の反射板に向けて光ビーム偏向手段に対して角度Φ２だけ光ビームを振らすから、第２の反射板で検知するか否かにより、角度設定が適正に行えたか否かを判定することができ、適正な状態で複数の目標間の角度を測定するための前提となる。
【実施例１】
【００１７】
図１は、光ビームの角度設定方法を説明するフロー図である。
図５と同様のシステムにおいて、レーザ発振器５０２から基準プリズム５０３を介して光ビームとしてレーザビームの角度を制御する場合を説明する。レーザ発振器５０２から中間プリズムユニット５０５のレーザ発振器５０２側のウェッジプリズム６０１ａの面６０５ａがその回転中心である軸６０６と交わる点を目標点とする。中間プリズムユニット５０５としての図６のケース６０８は、その第１の光電センサ６０４ａと第３の光電センサ６０４ｃとを結ぶ線が垂直方向になり、第２の光電センサ６０４ｂと第４の光電センサ６０４ｄとを結ぶ線は水平方向に位置するように図示しない治具により推進管５０４ａ内に設置される。
基準プリズムユニット５０３は、制御部５０８の制御により、レーザ発振器５０２からのレーザビームを予め定めた順序に従ってその射出方向を変えて振らすように、駆動手段６０２ａ，６０２ｂを制御する。このとき、制御部５０８は中間プリズムユニット５０５である図６（ａ）の光電センサ６０４の検知出力を監視する。レーザビームの基準プリズムユニット５０３の基準線に対する振れφ１（図２参照）により、光電センサ６０４のいずれか１である第１の光電センサ６０４ａにより検知されたとする（図１のステップＰ１０１）。
当該第１の光電センサ６０４ａの位置（軸６０６からの距離）、透過窓６０９から目標点までの距離、推進管の長さＬが既知であり、基準プリズムユニット５０３によるレーザビーの振れφ１はその角度検出手段（６０３ａ，６０３ｂ）により得られる（振れ角φは空間にただ１つの方向として定まる。）。制御部５０８はこれらから基準プリズム５０３を原点とする目標点の位置及び中間プリズムユニット５０５の前記検知した第１の光電センサ６０４ａ以外の適当な例えば第２の光電センサ６０４ｂの位置を求める。さらに制御部５０８は、第２の光電センサ６０４ｂが基準線に対してなす角度φ２を求め、前記角度φ１から必要な回転を計算してφ１からφ２に振らす（図１のステップＰ２）。（図２参照。）
このとき、第１の光電センサ６０４ａにより検知されたレーザビームが基準プリズムユニット５０３からの直接光である場合（図３（ａ））は、制御部５０８が計算したφ２の振りは正確に第２の光電センサ６０４ｂにより検知される。しかし、レーザビームが推進管の内面により反射されたものであるとき（図３（ｂ））は、第２の光電センサ６０４において検知されるようにレーザビームを振ったとしても異なる方向に振れてしまい第２の光電センサ６０４ｂにより検知されることはない。制御部５０８は、基準プリズムユニット５０３の制御によって第２の光電センサ６０４ｂにより検知するか否かを監視し判定する（図１のステップＰ３）。
第２の光電センサ６０４ａにより検知されないときはステップ３からステップ１に戻って新たな第１の光電センサを検知し、第２の光電センサ６０４ａにより検知された場合は、制御部５０８はステップ２において計算した目標点の位置からその点にレーザビームを向けるように角度φ３を求め、前記角度φ２から必要な回転を計算してφ２からφ３に振らす（図１のステップＰ４）。
【００１８】
上記説明では、レーザビーム発振器５０２からのレーザビームを基準プリズムユニット５０３により制御し、中間プリズムユニット５０５の光電センサ（６０４）により検知させている場合を説明したが、掘削初期に未だ中間プリズム５０５を設置するに到らずに先導体５０６の受光部５０７の光電センサ５０７ａにおいてレーザビームを検知させる場合や、中間プリズムユニット５０５によりレーザビームを介して先導体５０６の受光部５０７の光電センサ５０７ａにおいてレーザビームを検知させる場合あるいは、中間プリズムユニット５０５によりレーザビームを介して先導体の受光部の代わりに次の中間プリズムユニット（図示せず）の受光部の光電センサ（図示せず）においてレーザビームを検知させる場合においても同様に実施できるものである。
【実施例２】
【００１９】
図７は、光ビームを振らせ目標に当てて反射させ、発光波の発光時と反射波の受光時との時間差から目標との距離を測定する際の角度設定を説明するフロー図、図８は構成図である。図８において、８０１は光波発生器を含む光波距離計、８０２は光ビームを振る光ビーム偏向手段としての光屈折器（例えば実施例１と同様にウェッジプリズムにより構成し、図示しない角度検出器を備える。）、８０３は例えばパーソナルコンピュータで構成し光波距離計８０１、光屈折器８０２を制御する制御部、８０４は目標としての掘進機、８０５はトンネル内面である。
光屈折器８０２の近傍に受光器８０２Ｒを設ける。
掘進機８０４の背面の所定箇所が距離測定のための目標点が設定されていて、その周囲に複数（たとえば３個）の反射板８０６ａ，８０６ｂ，８０６ｃが配設されており、それらの相互間の距離は既知である（例えば１辺の長さが既知の正３角形の頂点上に配置する。）。反射板８０６は、例えばミラー４個を直角に配置し、入射したビーム光波を入射方向と同方向に反射する（図９）。
距離測定は、光波距離計８０１の光波発生器からの発光波を反射板により反射させ、これを光屈折器８０２にの近傍に設けた受光器８０２Ｒにより受光させる。そこで、光波発生器により光波の発射から受光器８０２Ｒによる受光までの時間を測定することにより、反射板までの距離を計算することができる。ここで、反射板８０６への発光波が直接入射すれば、正確に距離計算をすることができるが、トンネル内面８０５により反射したものが反射板８０６に入射した場合は正確な距離計算はできない。
【００２０】
そこで、まず光屈折器８０２で光ビームを振りいずれかの反射板８０６（例えば反射板８０６ａ）に当てるように振る。この光ビームが振れ角Φ１（光屈折器８０２の入射光の方向を基準線としてその基準線から空間にただ１つの方向として定まる振れ角）でいずれかの反射板８０６により反射されもとの光路を辿って、受光器８０２Ｒにより検知される（図７のステップＰ７０１）。このとき、受光する光は発光時よりも広がっており、受光器８０２Ｒは受光できる程度の光屈折器８０２の近傍に設ける。また、入射光が掘進機８０４の反射板８０６ａ，８０６ｂ，８０６ｃ以外の部分における反射光、あるいは他の機材からの反射の場合は入射光の強さが弱いから所定以上の強さを受光器８０２Ｒが検知することにより反射板８０６ａ，８０６ｂ，８０６ｃから反射と判断する。このとき、反射板への入射がトンネル内面８０５の反射を介して入射したか否か判別がつかないので、他の反射板に入射するようにさらに光ビームを振ることにする。このとき、最初の反射検出がいずれの反射板からの反射であるかは不知であるから、たとえば第１の反射板８０６ａからの反射光の検知と仮定して、その仮定した第１の反射板８０６ａの位置から例えば第２の反射板８０６ｂに入射するように光ビームを振らす。このとき、制御部８０３は、第１の反射板８０６ａの位置と振れ角Φ１と第２の反射板８０６ｂの位置とから第２の反射板８０６ｂに入射して反射されるため前記角度Φ１にある状態からの振れ角Φ２を求め、この結果に従って光屈折器８０２を制御して振れ角Φ２を振る（図７のステップＰ７０２）。制御部８０３は、受光器８０２Ｒが反射光を検出するかを監視し、受光器８０２Ｒが所定の検知信号を出すと第２の反射板８０６ｂによる反射を検知したと判定する（図７のステップＰ７０３）。
前記振れ角Φ２によっても、受光器８０２Ｒが反射板からの反射を検知しないときは、最初の振れ角Φ１による検知がトンネル内面の反射または第１の反射板８０６ａによる入射反射によるものでないと判定する（図７のステップＰ７０３）。このとき、ステップＰ７０３からステップＰ７０２に戻り、最初の振れ角Φ１による検知を第２の反射板８０６ｂからの反射によるものとして、再度同様にステップＰ７０２からステップＰ７０３を遂行する。このとき、振れ角Φ２については第２の反射板８０６ｂから第３の反射板８０６ｃに振らすために求める。この過程により、最初の検知が第２の反射板８０６ｂによる入射反射によるものでないと判定した場合は、再度ステップＰ７０２に戻り、最初の振れ角Φ１による検知を第３の反射板８０６ｃからの反射によるものとして、再度同様にステップＰ７０２からステップＰ７０３を遂行する。このようにして、適切な検知が得られない場合は、適切な検知が得られるまで反射板の全てについてステップＰ７０２からステップＰ７０３の過程を遂行する。全ての反射板について最初の振れ角Φ１による検知がされ、振れ角Φ２による検知がされない場合は、最初の振れ角Φ１による検知はトンネル内面８０５からの反射によるものとして、ステップＰ７０３からステップＰ７０１に戻る。
ステップＰ７０３において、最初の振れ角Φ１による検知がトンネル内面の反射または第１の反射板８０６ａによる入射反射によるものでないと判定すると、制御部８０３はこの検知がトンネル内面８０５からの反射によらない直接の入射検出であるとして、第１の反射板８０６ａ、第２の反射板８０６ｂのいずれも適切な検知であるとする。従って、制御部８０３はステップＰ７０２において振れた角度Φ１、Φ２と予め知られた各反射板８０６ａ，８０６ｂの位置から目標点の位置を計算し、その目標点に光ビームを向けるように角度φ３を求め、前記角度φ２から必要な回転を計算してφ２からφ３に振らして（図７のステップＰ７０４）、光波距離計８０１の光波発生器から例えば第２の反射板８０６ｂに対して光パルスを発光し、距離測定を行うことができる。
【実施例３】
【００２１】
図１０は、光ビームを振らせ所定間隔の目標に当てて反射させ、所定箇所から各目標間を見る角度を測定する際の角度設定を説明するフロー図、図１１は構成図である。図１１において、１１０１は光波発生器、１１０２は光ビームを振る光ビームを振る光ビーム偏向手段としての光屈折器光屈折器（例えば実施例１と同様にウェッジプリズムにより構成し、図示しない角度検出器を備える。）、１１０３は例えばパーソナルコンピュータで構成し光波距離計１１０１、光屈折器１１０２を制御する制御部、１１０４は目標である掘削機、１１０５はトンネル内面である。
光屈折器１１０２の近傍に受光器１１０２Ｒを設ける。
掘削機１１０４に目標点が設定されていて、そこに複数（たとえば３個）の反射板１１０６ａ，１１０６ｂ，１１０６ｃが配設されている（例えば直線上に配置する。）。反射板１１０６は、例えばミラー４個を直角に配置し、入射したビーム光波を入射方向と同方向に反射する（図９と同様）。
角度測定は、光波発生器１１０１からの発光波を第１の反射板により反射させ、これを光屈折器１１０２にの近傍に設けた受光器１１０２Ｒにより受光させ、そのときの振れ角Φ１を求め、光波発生器１１０１からの発光波を第２の反射板により反射させ、これを光屈折器１１０２にの近傍に設けた受光器１１０２Ｒにより受光させ、そのときの振れ角Φ２を求めて、Φ１とΦ２との関係から第１の反射板と、第２の反射板との間の角度を求める。ここで、反射板１１０６への発光波が直接入射すれば、正確に距離計算をすることができるが、トンネル内面１１０５により反射したものが反射板１１０６に入射した場合は正確な距離計算はできない。
【００２２】
そこで、まず光屈折器１１０２で光ビームを振りいずれかの反射板１１０６（例えば反射板１１０６ａ）に当てるように振る。この光ビームが振れ角Φ１（光屈折器１１０２の入射光の方向を基準線としてその基準線から空間にただ１つの方向として定まる振れ角）でいずれかの反射板１１０６により反射されもとの光路を辿って、受光器１１０２Ｒにより検知される（図１０のステップＰ１００１）。このとき、受光する光は発光時よりも広がっており、受光器１１０２Ｒは受光できる程度の光屈折器１１０２の近傍に設ける。また、入射光が掘進機１１０４の反射板１１０６ａ，１１０６ｂ，１１０６ｃ以外の部分における反射光、あるいは他の機材からの反射の場合は入射光の強さが弱いから所定以上の強さを受光器１１０２Ｒが検知することにより反射板１１０６ａ，１１０６ｂ，１１０６ｃから反射と判断する。このとき、反射板への入射がトンネル内面１１０５の反射を介して入射したか否か判別がつかないので、他の反射板に入射するようにさらに光ビームを振ることにする。このとき、最初の反射検出がいずれの反射板からの反射であるかは不知であるから、たとえば第１の反射板１１０６ａからの反射光の検知と仮定して、その仮定した第１の反射板１１０６ａの位置から例えば第２の反射板１１０６ｂに入射するように光ビームを振らす。このとき、制御部１１０３は、第１の反射板１１０６ａの位置と振れ角Φ１と第２の反射板１１０６ｂの位置とから第２の反射板１１０６ｂに入射して反射されるため前記角度Φ１にある状態からの振れ角Φ２を求め、この結果に従って光屈折器１１０２を制御して振れ角Φ２を振る（図１０のステップＰ１００２）。制御部１１０３は、受光器１１０２Ｒが反射光を検出するかを監視し、受光器１１０２Ｒが所定の検知信号を出すと第２の反射板１１０６ｂによる反射を検知したと判定する（図１０のステップＰ１００３）。
前記振れ角Φ２によっても、受光器１１０２Ｒが反射板からの反射を検知しないときは、最初の振れ角Φ１による検知がトンネル内面の反射または第１の反射板１１０６ａによる入射反射によるものでないと判定する（図１０のステップＰ１００３）。このとき、ステップＰ１００３からステップＰ１００２に戻り、最初の振れ角Φ１による検知を第２の反射板１１０６ｂからの反射によるものとして、再度同様にステップＰ１００２からステップＰ１００３を遂行する。このとき、振れ角Φ２については第２の反射板１１０６ｂから第３の反射板１１０６ｃに振らすために求める。この過程により、最初の検知が第２の反射板１１０６ｂによる入射反射によるものでないと判定した場合は、再度ステップＰ１００２に戻り、最初の振れ角Φ１による検知を第３の反射板１１０６ｃからの反射によるものとして、再度同様にステップＰ１００２からステップＰ１００３を遂行する。このようにして、適切な検知が得られない場合は、適切な検知が得られるまで反射板の全てについてステップＰ１００２からステップＰ１００３の過程を遂行する。全ての反射板について最初の振れ角Φ１による検知がされ、振れ角Φ２による検知がされない場合は、最初の振れ角Φ１による検知はトンネル内面１１０５からの反射によるものとして、ステップＰ１００３からステップＰ１００１に戻る。
ステップＰ１００３において、最初の振れ角Φ１による検知がトンネル内面の反射または第１の反射板１１０６ａによる入射反射によるものでないと判定すると、制御部１１０３はこの検知がトンネル内面１１０５からの反射によらない直接の入射検出であるとして、第１の反射板１１０６ａ、第２の反射板１１０６ｂのいずれも適切な検知であるとする。従って、制御部１１０３はステップＰ１００２において振れた角度Φ１、Φ２からこれらの位置関係（実施例２で説明した方法で第１の反射板１１０６ａ、第２の反射板１１０６ｂ迄の距離を計測しておく）から屈折器１１０２から見た第１の反射板１１０６ａ、第２の反射板１１０６ｂとの間の角度を求めることができる（図１０のステップＰ１００４）。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】レーザビームの角度設定方法を説明するフロー図である。（実施例１）
【図２】基準プリズムユニットの座標と中間プリズムユニットの座標と光ビームの振れ角度を説明する図である。
【図３】光ビームの反射を説明する図である。
【図４】地下管路工法を説明する図である。
【図５】光路の曲がり測定をするためのシステムを説明する図である。
【図６】プリズムユニットの構成を説明する図である。
【図７】光ビームの角度設定方法を説明するフロー図である。（実施例２）
【図８】光ビームの角度設定方法を説明する構成図である。（実施例２）
【図９】反射板の光の入射反射を説明する図である。
【図１０】光ビームの角度設定方法を説明するフロー図である。（実施例３）
【図１１】光ビームの角度設定方法を説明する構成図である。（実施例３）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ビームの射出方向の角度を設定する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
下水管あるいは通信ケーブルを地下に敷設するため設置する場所の地上の状況、例えば、コストダウンの観点で地上とのアクセス孔である立坑を減らしたい、川の下で立坑を掘れない場合などから一回に推進する孔の距離を長くしたいとの要望がある。
例えば、通信ケーブルを地下に敷設する場合、３００ｍｍ〜６００ｍｍ程度の小口径の管路内に配線する。管路を配設するには図４の側面図のように発進立坑４０１側から到達立坑４０２側までの計画線に沿って先導体４０３で掘削し、その孔に一定長さの推進管を計画線の始めから順次つなげるように推していく。このとき、管路が計画線からずれないように、計画線からのずれを測定しながら推進管を推す方向を決めている。なお、４０４はレーザ発振器、４０５は基準プリズムユニット、４０６は中間プリズムユニット、４０７はレーザ光線、４０８は地表である。
【０００３】
図５（ａ）は、計画線からのずれを測定する方法を示し、光学式プリズム計測システムを示す。図５（ａ）において、５０１は管路、５０２は管路５０１の発進立坑側に配置したレーザ発振器、５０３は管路５０１の発進立坑側に設けた基準プリズムユニット、５０４は管路５０１に沿って配設された一定長さの推進管、５０５は推進管５０４の１つの所定位置に設置された中間プリズムユニット、５０６は先端部に掘削機を備えた先導体、５０７は先導体５０６の掘削機の設置とは反対方向の面の受光部、５０８はこの計測システムを制御する制御部である。基準プリズムユニット５０３、中間プリズムユニット５０５及び先導体５０４は制御部５０８に接続し、信号の授受、機構部の制御等を受ける。
各推進管５０４の長さは、一定のものを用いているからそれらが配設されている管路の長さＬ１，Ｌ２は既知である。
受光部５０７の上下左右の４個所例えば正四角形の各頂点位置に設けられる光電センサ５０７ａが設けられ、この例を図５（ｂ）に示す。
この明細書において、基準プリズムユニット５０３と中間プリズムユニット５０５とを総称してプリズムユニットということがある。これらプリズムユニットは、図６（ａ）の断面図のように、回転自在に設けられた一対のウェッジプリズム６０１ａ，６０１ｂと、この一対のウェッジプリズムそれぞれを個別に回転する一対の駆動手段６０２ａ，６０２ｂと、一対のウェッジプリズムそれぞれの回転角を検出する一対の角度検出手段６０３ａ，６０３ｂと、光電センサ６０４を備える。光電センサ６０４は、図６（ｂ）の側面図に示すように、ケース６０８の発振立坑側の面上の透過窓６０９の周囲上下左右４個所例えば正四角形の各頂点位置に設けられ、軸６０６からの距離が既知であり、例えば等距離にある。そして、透過窓６０９からウェッジプリズムの面６０５ａまでの距離は既知である。
なお、基準プリズムユニット５０３に光電センサ６０４を備える必要はない。
各ウェッジプリズムの一方の面６０５ａ，６０５ｂと直角な軸６０６を中心に回転するように一対のウェッジプリズムを配置し、それぞれの傾斜面６０７ａ，６０７ｂのそれぞれが平行にあるときにプリズムユニット５０５に入射する光と出る光とは平行となる。プリズムユニットに入射した光は各ウェッジプリズムの相対的な回転角に応じて軸６０６に対し所定の角度で屈折して透過窓６１０を通過する。
【０００４】
図５、図６において、先導体５０６が管路５０１をある程度掘削して進み、その後に推進管５０４を接続している。中間プリズムユニット５０５を一定間隔で推進管５０４ａ内の所定位置に配置する。
レーザ発振器５０２からのレーザ光５０２ａは、中間プリズムユニット５０５の光電センサ６０４のいずれかで検知できるように、基準プリズムユニット５０３の一対のウェッジプリズムを回転させ、光電センサ６０４のいずれか１の光電センサ（第１の光電センサと称する。）で検知する。この第１の光電センサの位置は軸６０６から所定の距離にあり、駆動手段６０２ａ，６０２ｂによる回転を角度検出手段６０３ａ，６０３ｂにより、レーザ光の振れ方向と角度が分かっているから、振れ方向と角度に基づき、この検知状態からレーザ光をウェッジプリズム６０１ａが軸６０６と交わる箇所に来るように、基準プリズム５０３により制御する。さらに中間プリズムユニット５０５を通過したレーザ光５０２ａが先導体５０６の受光部５０７で検知できるように、中間プリズムユニット５０５の一対のウェッジプリズム６０１ａ，６０１ｂを回転させる。このときの基準プリズムユニット５０３と中間プリズムユニット５０５との回転角からレーザ光の屈折角θ１，θ２を知ることができる。θ１は、基準プリズムユニット５０５のウェッジプリズム６０１ａ，６０１ｂの対抗する傾斜面６０７ａ，６０７ｂのそれぞれが平行にあるときに、入射し射出した方向を基準線としたときのその基準線に対する角度である。この角度θ１，θ２と距離Ｌ１，Ｌ２とから、先導体５０６の計画線からのずれを算定し、その位置を計算する。なお、Ｌ１は基準プリズムユニット５０３の一対のウェッジプリズムの中間部から中間プリズムユニット５０５の一対のウェッジプリズムの中間部までの距離、Ｌ２は中間プリズムユニット５０５から先導体５０６の受光面５０７までの距離である。
【０００５】
このような光学式プリズム計測システムによると、地中深くに敷設する場合でも、ウェッジプリズムの回転角を計測することで精密に光の屈折角を制御でき、位置を高精度に計測することができる。
しかしながら、レーザ光を通す通路例えば推進管の内面が鏡面のように滑らかであり、レーザ光の振れ角度により推進管５０４の内面に反射するときは減衰なく反射して後段の中間プリズムユニット５０５の光電センサ６０４又は先導体５０６の受光部５０７により検知される場合がある。このときの検知されるレーザ光は推進管５０４の内面で反射されたものであるから、このときのレーザ光の屈折角は正しいものではないという、不都合があった。
【特許文献１】特許第３６００７６３号公報
【特許文献２】特許第３６６３３２２号公報
【特許文献３】特開２００２−０９０１４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
発明が解決しようとする課題は、光ビームをプリズムに入射し射出方向を当該プリズムの回転により振らせ、所定の角度に向ける光ビームの角度設定方法であって、正確に所定の角度に向ける方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため請求項１に係る光ビームの角度設定方法は、光ビームをプリズムに入射し射出方向を当該プリズムにより振らせ、所定の角度に向ける光ビームの角度設定方法であって、目標箇所の周囲に所定距離で設けられた複数の光電センサを備え、振られた光ビームにより前記複数の光電センサのいずれか１である第１の光電センサにより検知させる第１の過程と、第１の過程において光検知した第１の光電センサの位置と、前記光検知のためのプリズムの基準軸に対する光ビームの振れ角度φ１とに基づいて第２の光電センサに向けてプリズムの基準軸に対して角度φ２だけ光ビームを振らす第２の過程と、第２の過程で振らした光ビームにより第２の光電センサで検知するか否かを判定する第３の過程からなることを特徴とする方法である。
【０００８】
請求項２に係る光ビームの角度設定方法は、光ビームをプリズムに入射し射出方向を当該プリズムにより振らせ、所定の角度に向ける光ビームの角度設定方法であって、目標箇所の周囲に所定距離で設けられた複数の光電センサを備え、振られた光ビームにより前記複数の光電センサのいずれか１である第１の光電センサにより検知させる第１の過程と、第１の過程において光検知した第１の光電センサの位置と、前記光検知のためのプリズムの基準軸に対する光ビームの振れ角度φ１とに基づいて第２の光電センサに向けてプリズムの基準軸に対して角度φ２だけ光ビームを振らす第２の過程と、第２の過程で振らした光ビームにより第２の光電センサで検知するか否かを判定する第３の過程と、第３過程において第２の光電センサで検知したとき、目標箇所に向けてプリズムの基準軸に対して目標箇所がなす角度φ３だけ光ビームを振らす第４の過程とからなることを特徴とする方法である。
【０００９】
請求項３に係る光ビームの角度設定方法は、光ビームをプリズムに入射し射出方向を当該プリズムにより振らせ、所定の角度に向ける光ビームの角度設定方法であって、目標箇所の周囲に所定距離で設けられた複数の光電センサを備え、振られた光ビームにより前記複数の光電センサのいずれか１である第１の光電センサにより検知させる第１の過程と、第１の過程において光検知した第１の光電センサの位置と、前記光検知のためのプリズムの基準軸に対する光ビームの振れ角度φ１とに基づいて第２の光電センサに向けてプリズムの基準軸に対して角度φ２だけ光ビームを振らす第２の過程と、第２の過程で振らした光ビームにより第２の光電センサで検知するか否かを判定する第３の過程と、第３過程において第２の光電センサで検知したとき、目標箇所に向けてプリズムの基準軸に対して目標箇所がなす角度φ３だけ光ビームを振らし、第２の光電センサで検知されないとき、新たな第１の光電センサにより検知させる第１の過程に戻る第４の過程とからなることを特徴とする方法である。
【００１０】
請求項４に係る光ビームの角度設定方法は、光ビームを振らせ目標に当てて反射させ、発光波の発光時と反射波の受光時との時間差から目標との距離を測定する際の角度設定方法において、目標箇所に所定の距離で設けられた複数の反射板を備え、振られた光ビームの反射板による反射光を光ビームの発光手段の位置に設けられた受光器により検知する第１の過程と、第１の過程において光ビームを検知した第１の反射板の前記複数反射板との相対位置と、前記光ビーム検知のための光ビーム偏向手段の基準軸に対する光ビームの振れ角度Φ１とに基づいて第２の反射板に向けて光ビーム偏向手段に対して角度Φ２だけ光ビームを振らす第２の過程と、第２の過程で振らした光ビームにより第２の反射板で検知するか否かを判定する第３の過程からなることを特徴とする方法である。
【００１１】
請求項５に係る光ビームの角度設定方法は、光ビームを振らせ目標に当てて反射させ、反射波の有無から目標の角度を測定する際の角度設定方法において、目標箇所に所定の距離で設けられた複数の反射板を備え、振られた光ビームの反射板による反射光を光ビームの発光手段の位置に設けられた受光器により検知する第１の過程と、第１の過程において反射光を検知したときの第１の反射板に向けた前記光ビームの角度と、前記光ビーム検知のための光ビーム偏向手段の基準軸に対する光ビームの振れ角度Φ１とに基づいて第２の反射板に向けて光ビーム偏向手段に対して角度Φ２だけ光ビームを振らす第２の過程と、第２の過程で振らした光ビームにより第２の反射板で検知するか否かを判定する第３の過程からなることを特徴とする方法である。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に係る光ビームの角度設定方法によると、第１の光電センサによる光検知をし、この振れ角度φ１に基づいて第２の光電センサに向けて角度φ２だけ光ビームを振らすから、第２の光電センサにより光ビームの検知があるか否かにより、角度設定が適正に行えたか否かを判定することができる。
【００１３】
請求項２に係る光ビームの角度設定方法によると、振れ角度φ１による第１の光電センサの検知と、その後に振れ角度φ１に基づいて第２の光電センサに向けて角度φ２だけ光ビームを振らし、第２の光電センサにより光ビームの検知があるときに、目標箇所に正しく光ビームへの角度設定を適正に行うことができる。
【００１４】
請求項３に係る光ビームの角度設定方法によると、振れ角度φ１による第１の光電センサの検知と、その後に振れ角度φ１に基づいて第２の光電センサに向けて角度φ２だけ光ビームを振らし、第２の光電センサにより光ビームの検知がないときに、再度新たな第１光電センサの検知を行うように戻り、正しく角度設定するまで行うことができる。
【００１５】
請求項４に係る光ビームの角度設定方法によると、第１の反射板による反射光を光ビームの発光手段の位置に設けられた受光器により検知し、この位置と光ビームの振れ角度Φ１とに基づいて第２の反射板に向けて光ビーム偏向手段に対して角度Φ２だけ光ビームを振らすから、第２の反射板で検知するか否かにより、角度設定が適正に行えたか否かを判定することができ、適正な状態で目標との距離を測定するための前提となる。
【００１６】
請求項５に係る光ビームの角度設定方法によると、第１の反射板による反射光を光ビームの発光手段の位置に設けられた受光器により検知し、この角度と光ビームの振れ角度Φ１とに基づいて第２の反射板に向けて光ビーム偏向手段に対して角度Φ２だけ光ビームを振らすから、第２の反射板で検知するか否かにより、角度設定が適正に行えたか否かを判定することができ、適正な状態で複数の目標間の角度を測定するための前提となる。
【実施例１】
【００１７】
図１は、光ビームの角度設定方法を説明するフロー図である。
図５と同様のシステムにおいて、レーザ発振器５０２から基準プリズム５０３を介して光ビームとしてレーザビームの角度を制御する場合を説明する。レーザ発振器５０２から中間プリズムユニット５０５のレーザ発振器５０２側のウェッジプリズム６０１ａの面６０５ａがその回転中心である軸６０６と交わる点を目標点とする。中間プリズムユニット５０５としての図６のケース６０８は、その第１の光電センサ６０４ａと第３の光電センサ６０４ｃとを結ぶ線が垂直方向になり、第２の光電センサ６０４ｂと第４の光電センサ６０４ｄとを結ぶ線は水平方向に位置するように図示しない治具により推進管５０４ａ内に設置される。
基準プリズムユニット５０３は、制御部５０８の制御により、レーザ発振器５０２からのレーザビームを予め定めた順序に従ってその射出方向を変えて振らすように、駆動手段６０２ａ，６０２ｂを制御する。このとき、制御部５０８は中間プリズムユニット５０５である図６（ａ）の光電センサ６０４の検知出力を監視する。レーザビームの基準プリズムユニット５０３の基準線に対する振れφ１（図２参照）により、光電センサ６０４のいずれか１である第１の光電センサ６０４ａにより検知されたとする（図１のステップＰ１０１）。
当該第１の光電センサ６０４ａの位置（軸６０６からの距離）、透過窓６０９から目標点までの距離、推進管の長さＬが既知であり、基準プリズムユニット５０３によるレーザビーの振れφ１はその角度検出手段（６０３ａ，６０３ｂ）により得られる（振れ角φは空間にただ１つの方向として定まる。）。制御部５０８はこれらから基準プリズム５０３を原点とする目標点の位置及び中間プリズムユニット５０５の前記検知した第１の光電センサ６０４ａ以外の適当な例えば第２の光電センサ６０４ｂの位置を求める。さらに制御部５０８は、第２の光電センサ６０４ｂが基準線に対してなす角度φ２を求め、前記角度φ１から必要な回転を計算してφ１からφ２に振らす（図１のステップＰ２）。（図２参照。）
このとき、第１の光電センサ６０４ａにより検知されたレーザビームが基準プリズムユニット５０３からの直接光である場合（図３（ａ））は、制御部５０８が計算したφ２の振りは正確に第２の光電センサ６０４ｂにより検知される。しかし、レーザビームが推進管の内面により反射されたものであるとき（図３（ｂ））は、第２の光電センサ６０４において検知されるようにレーザビームを振ったとしても異なる方向に振れてしまい第２の光電センサ６０４ｂにより検知されることはない。制御部５０８は、基準プリズムユニット５０３の制御によって第２の光電センサ６０４ｂにより検知するか否かを監視し判定する（図１のステップＰ３）。
第２の光電センサ６０４ａにより検知されないときはステップ３からステップ１に戻って新たな第１の光電センサを検知し、第２の光電センサ６０４ａにより検知された場合は、制御部５０８はステップ２において計算した目標点の位置からその点にレーザビームを向けるように角度φ３を求め、前記角度φ２から必要な回転を計算してφ２からφ３に振らす（図１のステップＰ４）。
【００１８】
上記説明では、レーザビーム発振器５０２からのレーザビームを基準プリズムユニット５０３により制御し、中間プリズムユニット５０５の光電センサ（６０４）により検知させている場合を説明したが、掘削初期に未だ中間プリズム５０５を設置するに到らずに先導体５０６の受光部５０７の光電センサ５０７ａにおいてレーザビームを検知させる場合や、中間プリズムユニット５０５によりレーザビームを介して先導体５０６の受光部５０７の光電センサ５０７ａにおいてレーザビームを検知させる場合あるいは、中間プリズムユニット５０５によりレーザビームを介して先導体の受光部の代わりに次の中間プリズムユニット（図示せず）の受光部の光電センサ（図示せず）においてレーザビームを検知させる場合においても同様に実施できるものである。
【実施例２】
【００１９】
図７は、光ビームを振らせ目標に当てて反射させ、発光波の発光時と反射波の受光時との時間差から目標との距離を測定する際の角度設定を説明するフロー図、図８は構成図である。図８において、８０１は光波発生器を含む光波距離計、８０２は光ビームを振る光ビーム偏向手段としての光屈折器（例えば実施例１と同様にウェッジプリズムにより構成し、図示しない角度検出器を備える。）、８０３は例えばパーソナルコンピュータで構成し光波距離計８０１、光屈折器８０２を制御する制御部、８０４は目標としての掘進機、８０５はトンネル内面である。
光屈折器８０２の近傍に受光器８０２Ｒを設ける。
掘進機８０４の背面の所定箇所が距離測定のための目標点が設定されていて、その周囲に複数（たとえば３個）の反射板８０６ａ，８０６ｂ，８０６ｃが配設されており、それらの相互間の距離は既知である（例えば１辺の長さが既知の正３角形の頂点上に配置する。）。反射板８０６は、例えばミラー４個を直角に配置し、入射したビーム光波を入射方向と同方向に反射する（図９）。
距離測定は、光波距離計８０１の光波発生器からの発光波を反射板により反射させ、これを光屈折器８０２にの近傍に設けた受光器８０２Ｒにより受光させる。そこで、光波発生器により光波の発射から受光器８０２Ｒによる受光までの時間を測定することにより、反射板までの距離を計算することができる。ここで、反射板８０６への発光波が直接入射すれば、正確に距離計算をすることができるが、トンネル内面８０５により反射したものが反射板８０６に入射した場合は正確な距離計算はできない。
【００２０】
そこで、まず光屈折器８０２で光ビームを振りいずれかの反射板８０６（例えば反射板８０６ａ）に当てるように振る。この光ビームが振れ角Φ１（光屈折器８０２の入射光の方向を基準線としてその基準線から空間にただ１つの方向として定まる振れ角）でいずれかの反射板８０６により反射されもとの光路を辿って、受光器８０２Ｒにより検知される（図７のステップＰ７０１）。このとき、受光する光は発光時よりも広がっており、受光器８０２Ｒは受光できる程度の光屈折器８０２の近傍に設ける。また、入射光が掘進機８０４の反射板８０６ａ，８０６ｂ，８０６ｃ以外の部分における反射光、あるいは他の機材からの反射の場合は入射光の強さが弱いから所定以上の強さを受光器８０２Ｒが検知することにより反射板８０６ａ，８０６ｂ，８０６ｃから反射と判断する。このとき、反射板への入射がトンネル内面８０５の反射を介して入射したか否か判別がつかないので、他の反射板に入射するようにさらに光ビームを振ることにする。このとき、最初の反射検出がいずれの反射板からの反射であるかは不知であるから、たとえば第１の反射板８０６ａからの反射光の検知と仮定して、その仮定した第１の反射板８０６ａの位置から例えば第２の反射板８０６ｂに入射するように光ビームを振らす。このとき、制御部８０３は、第１の反射板８０６ａの位置と振れ角Φ１と第２の反射板８０６ｂの位置とから第２の反射板８０６ｂに入射して反射されるため前記角度Φ１にある状態からの振れ角Φ２を求め、この結果に従って光屈折器８０２を制御して振れ角Φ２を振る（図７のステップＰ７０２）。制御部８０３は、受光器８０２Ｒが反射光を検出するかを監視し、受光器８０２Ｒが所定の検知信号を出すと第２の反射板８０６ｂによる反射を検知したと判定する（図７のステップＰ７０３）。
前記振れ角Φ２によっても、受光器８０２Ｒが反射板からの反射を検知しないときは、最初の振れ角Φ１による検知がトンネル内面の反射または第１の反射板８０６ａによる入射反射によるものでないと判定する（図７のステップＰ７０３）。このとき、ステップＰ７０３からステップＰ７０２に戻り、最初の振れ角Φ１による検知を第２の反射板８０６ｂからの反射によるものとして、再度同様にステップＰ７０２からステップＰ７０３を遂行する。このとき、振れ角Φ２については第２の反射板８０６ｂから第３の反射板８０６ｃに振らすために求める。この過程により、最初の検知が第２の反射板８０６ｂによる入射反射によるものでないと判定した場合は、再度ステップＰ７０２に戻り、最初の振れ角Φ１による検知を第３の反射板８０６ｃからの反射によるものとして、再度同様にステップＰ７０２からステップＰ７０３を遂行する。このようにして、適切な検知が得られない場合は、適切な検知が得られるまで反射板の全てについてステップＰ７０２からステップＰ７０３の過程を遂行する。全ての反射板について最初の振れ角Φ１による検知がされ、振れ角Φ２による検知がされない場合は、最初の振れ角Φ１による検知はトンネル内面８０５からの反射によるものとして、ステップＰ７０３からステップＰ７０１に戻る。
ステップＰ７０３において、最初の振れ角Φ１による検知がトンネル内面の反射または第１の反射板８０６ａによる入射反射によるものでないと判定すると、制御部８０３はこの検知がトンネル内面８０５からの反射によらない直接の入射検出であるとして、第１の反射板８０６ａ、第２の反射板８０６ｂのいずれも適切な検知であるとする。従って、制御部８０３はステップＰ７０２において振れた角度Φ１、Φ２と予め知られた各反射板８０６ａ，８０６ｂの位置から目標点の位置を計算し、その目標点に光ビームを向けるように角度φ３を求め、前記角度φ２から必要な回転を計算してφ２からφ３に振らして（図７のステップＰ７０４）、光波距離計８０１の光波発生器から例えば第２の反射板８０６ｂに対して光パルスを発光し、距離測定を行うことができる。
【実施例３】
【００２１】
図１０は、光ビームを振らせ所定間隔の目標に当てて反射させ、所定箇所から各目標間を見る角度を測定する際の角度設定を説明するフロー図、図１１は構成図である。図１１において、１１０１は光波発生器、１１０２は光ビームを振る光ビームを振る光ビーム偏向手段としての光屈折器光屈折器（例えば実施例１と同様にウェッジプリズムにより構成し、図示しない角度検出器を備える。）、１１０３は例えばパーソナルコンピュータで構成し光波距離計１１０１、光屈折器１１０２を制御する制御部、１１０４は目標である掘削機、１１０５はトンネル内面である。
光屈折器１１０２の近傍に受光器１１０２Ｒを設ける。
掘削機１１０４に目標点が設定されていて、そこに複数（たとえば３個）の反射板１１０６ａ，１１０６ｂ，１１０６ｃが配設されている（例えば直線上に配置する。）。反射板１１０６は、例えばミラー４個を直角に配置し、入射したビーム光波を入射方向と同方向に反射する（図９と同様）。
角度測定は、光波発生器１１０１からの発光波を第１の反射板により反射させ、これを光屈折器１１０２にの近傍に設けた受光器１１０２Ｒにより受光させ、そのときの振れ角Φ１を求め、光波発生器１１０１からの発光波を第２の反射板により反射させ、これを光屈折器１１０２にの近傍に設けた受光器１１０２Ｒにより受光させ、そのときの振れ角Φ２を求めて、Φ１とΦ２との関係から第１の反射板と、第２の反射板との間の角度を求める。ここで、反射板１１０６への発光波が直接入射すれば、正確に距離計算をすることができるが、トンネル内面１１０５により反射したものが反射板１１０６に入射した場合は正確な距離計算はできない。
【００２２】
そこで、まず光屈折器１１０２で光ビームを振りいずれかの反射板１１０６（例えば反射板１１０６ａ）に当てるように振る。この光ビームが振れ角Φ１（光屈折器１１０２の入射光の方向を基準線としてその基準線から空間にただ１つの方向として定まる振れ角）でいずれかの反射板１１０６により反射されもとの光路を辿って、受光器１１０２Ｒにより検知される（図１０のステップＰ１００１）。このとき、受光する光は発光時よりも広がっており、受光器１１０２Ｒは受光できる程度の光屈折器１１０２の近傍に設ける。また、入射光が掘進機１１０４の反射板１１０６ａ，１１０６ｂ，１１０６ｃ以外の部分における反射光、あるいは他の機材からの反射の場合は入射光の強さが弱いから所定以上の強さを受光器１１０２Ｒが検知することにより反射板１１０６ａ，１１０６ｂ，１１０６ｃから反射と判断する。このとき、反射板への入射がトンネル内面１１０５の反射を介して入射したか否か判別がつかないので、他の反射板に入射するようにさらに光ビームを振ることにする。このとき、最初の反射検出がいずれの反射板からの反射であるかは不知であるから、たとえば第１の反射板１１０６ａからの反射光の検知と仮定して、その仮定した第１の反射板１１０６ａの位置から例えば第２の反射板１１０６ｂに入射するように光ビームを振らす。このとき、制御部１１０３は、第１の反射板１１０６ａの位置と振れ角Φ１と第２の反射板１１０６ｂの位置とから第２の反射板１１０６ｂに入射して反射されるため前記角度Φ１にある状態からの振れ角Φ２を求め、この結果に従って光屈折器１１０２を制御して振れ角Φ２を振る（図１０のステップＰ１００２）。制御部１１０３は、受光器１１０２Ｒが反射光を検出するかを監視し、受光器１１０２Ｒが所定の検知信号を出すと第２の反射板１１０６ｂによる反射を検知したと判定する（図１０のステップＰ１００３）。
前記振れ角Φ２によっても、受光器１１０２Ｒが反射板からの反射を検知しないときは、最初の振れ角Φ１による検知がトンネル内面の反射または第１の反射板１１０６ａによる入射反射によるものでないと判定する（図１０のステップＰ１００３）。このとき、ステップＰ１００３からステップＰ１００２に戻り、最初の振れ角Φ１による検知を第２の反射板１１０６ｂからの反射によるものとして、再度同様にステップＰ１００２からステップＰ１００３を遂行する。このとき、振れ角Φ２については第２の反射板１１０６ｂから第３の反射板１１０６ｃに振らすために求める。この過程により、最初の検知が第２の反射板１１０６ｂによる入射反射によるものでないと判定した場合は、再度ステップＰ１００２に戻り、最初の振れ角Φ１による検知を第３の反射板１１０６ｃからの反射によるものとして、再度同様にステップＰ１００２からステップＰ１００３を遂行する。このようにして、適切な検知が得られない場合は、適切な検知が得られるまで反射板の全てについてステップＰ１００２からステップＰ１００３の過程を遂行する。全ての反射板について最初の振れ角Φ１による検知がされ、振れ角Φ２による検知がされない場合は、最初の振れ角Φ１による検知はトンネル内面１１０５からの反射によるものとして、ステップＰ１００３からステップＰ１００１に戻る。
ステップＰ１００３において、最初の振れ角Φ１による検知がトンネル内面の反射または第１の反射板１１０６ａによる入射反射によるものでないと判定すると、制御部１１０３はこの検知がトンネル内面１１０５からの反射によらない直接の入射検出であるとして、第１の反射板１１０６ａ、第２の反射板１１０６ｂのいずれも適切な検知であるとする。従って、制御部１１０３はステップＰ１００２において振れた角度Φ１、Φ２からこれらの位置関係（実施例２で説明した方法で第１の反射板１１０６ａ、第２の反射板１１０６ｂ迄の距離を計測しておく）から屈折器１１０２から見た第１の反射板１１０６ａ、第２の反射板１１０６ｂとの間の角度を求めることができる（図１０のステップＰ１００４）。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】レーザビームの角度設定方法を説明するフロー図である。（実施例１）
【図２】基準プリズムユニットの座標と中間プリズムユニットの座標と光ビームの振れ角度を説明する図である。
【図３】光ビームの反射を説明する図である。
【図４】地下管路工法を説明する図である。
【図５】光路の曲がり測定をするためのシステムを説明する図である。
【図６】プリズムユニットの構成を説明する図である。
【図７】光ビームの角度設定方法を説明するフロー図である。（実施例２）
【図８】光ビームの角度設定方法を説明する構成図である。（実施例２）
【図９】反射板の光の入射反射を説明する図である。
【図１０】光ビームの角度設定方法を説明するフロー図である。（実施例３）
【図１１】光ビームの角度設定方法を説明する構成図である。（実施例３）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームをプリズムに入射し射出方向を当該プリズムにより振らせ、所定の角度に向ける光ビームの角度設定方法であって、目標箇所の周囲に所定距離で設けられた複数の光電センサを備え、振られた光ビームにより前記複数の光電センサのいずれか１である第１の光電センサにより検知させる第１の過程と、
第１の過程において光検知した第１の光電センサの位置と、前記光検知のためのプリズムの基準軸に対する光ビームの振れ角度φ１とに基づいて第２の光電センサに向けてプリズムの基準軸に対して角度φ２だけ光ビームを振らす第２の過程と、
第２の過程で振らした光ビームにより第２の光電センサで検知するか否かを判定する第３の過程からなることを特徴とする光ビームの角度設定方法。
【請求項２】
光ビームをプリズムに入射し射出方向を当該プリズムにより振らせ、所定の角度に向ける光ビームの角度設定方法であって、目標箇所の周囲に所定距離で設けられた複数の光電センサを備え、振られた光ビームにより前記複数の光電センサのいずれか１である第１の光電センサにより検知させる第１の過程と、
第１の過程において光検知した第１の光電センサの位置と、前記光検知のためのプリズムの基準軸に対する光ビームの振れ角度φ１とに基づいて第２の光電センサに向けてプリズムの基準軸に対して角度φ２だけ光ビームを振らす第２の過程と、
第２の過程で振らした光ビームにより第２の光電センサで検知するか否かを判定する第３の過程と、
第３過程において第２の光電センサで検知したとき、目標箇所に向けてプリズムの基準軸に対して目標箇所がなす角度φ３だけ光ビームを振らす第４の過程とからなることを特徴とする光ビームの角度設定方法。
【請求項３】
光ビームをプリズムに入射し射出方向を当該プリズムにより振らせ、所定の角度に向ける光ビームの角度設定方法であって、目標箇所の周囲に所定距離で設けられた複数の光電センサを備え、振られた光ビームにより前記複数の光電センサのいずれか１である第１の光電センサにより検知させる第１の過程と、
第１の過程において光検知した第１の光電センサの位置と、前記光検知のためのプリズムの基準軸に対する光ビームの振れ角度φ１とに基づいて第２の光電センサに向けてプリズムの基準軸に対して角度φ２だけ光ビームを振らす第２の過程と、
第２の過程で振らした光ビームにより第２の光電センサで検知するか否かを判定する第３の過程と、
第３過程において第２の光電センサで検知したとき、目標箇所に向けてプリズムの基準軸に対して目標箇所がなす角度φ３だけ光ビームを振らし、第２の光電センサで検知されないとき、新たな第１の光電センサにより検知させる第１の過程に戻る第４の過程とからなることを特徴とする光ビームの角度設定方法。
【請求項４】
光ビームを振らせ目標に当てて反射させ、発光波の発光時と反射波の受光時との時間差から目標との距離を測定する際の角度設定方法において、目標箇所に所定の距離で設けられた複数の反射板を備え、振られた光ビームの反射板による反射光を光ビームの発光手段の位置に設けられた受光器により検知する第１の過程と、
第１の過程において光ビームを検知した第１の反射板の前記複数反射板との相対位置と、前記光ビーム検知のための光ビーム偏向手段の基準軸に対する光ビームの振れ角度Φ１とに基づいて第２の反射板に向けて光ビーム偏向手段に対して角度Φ２だけ光ビームを振らす第２の過程と、
第２の過程で振らした光ビームにより第２の反射板で検知するか否かを判定する第３の過程からなることを特徴とする光ビームの角度設定方法。
【請求項５】
光ビームを振らせ目標に当てて反射させ、反射波の有無から目標の角度を測定する際の角度設定方法において、目標箇所に所定の距離で設けられた複数の反射板を備え、振られた光ビームの反射板による反射光を光ビームの発光手段の位置に設けられた受光器により検知する第１の過程と、
第１の過程において反射光を検知したときの第１の反射板に向けた前記光ビームの角度と、前記光ビーム検知のための光ビーム偏向手段の基準軸に対する光ビームの振れ角度Φ１とに基づいて第２の反射板に向けて光ビーム偏向手段に対して角度Φ２だけ光ビームを振らす第２の過程と、第２の過程で振らした光ビームにより第２の反射板で検知するか否かを判定する第３の過程からなることを特徴とする光ビームの角度設定方法。
【請求項１】
光ビームをプリズムに入射し射出方向を当該プリズムにより振らせ、所定の角度に向ける光ビームの角度設定方法であって、目標箇所の周囲に所定距離で設けられた複数の光電センサを備え、振られた光ビームにより前記複数の光電センサのいずれか１である第１の光電センサにより検知させる第１の過程と、
第１の過程において光検知した第１の光電センサの位置と、前記光検知のためのプリズムの基準軸に対する光ビームの振れ角度φ１とに基づいて第２の光電センサに向けてプリズムの基準軸に対して角度φ２だけ光ビームを振らす第２の過程と、
第２の過程で振らした光ビームにより第２の光電センサで検知するか否かを判定する第３の過程からなることを特徴とする光ビームの角度設定方法。
【請求項２】
光ビームをプリズムに入射し射出方向を当該プリズムにより振らせ、所定の角度に向ける光ビームの角度設定方法であって、目標箇所の周囲に所定距離で設けられた複数の光電センサを備え、振られた光ビームにより前記複数の光電センサのいずれか１である第１の光電センサにより検知させる第１の過程と、
第１の過程において光検知した第１の光電センサの位置と、前記光検知のためのプリズムの基準軸に対する光ビームの振れ角度φ１とに基づいて第２の光電センサに向けてプリズムの基準軸に対して角度φ２だけ光ビームを振らす第２の過程と、
第２の過程で振らした光ビームにより第２の光電センサで検知するか否かを判定する第３の過程と、
第３過程において第２の光電センサで検知したとき、目標箇所に向けてプリズムの基準軸に対して目標箇所がなす角度φ３だけ光ビームを振らす第４の過程とからなることを特徴とする光ビームの角度設定方法。
【請求項３】
光ビームをプリズムに入射し射出方向を当該プリズムにより振らせ、所定の角度に向ける光ビームの角度設定方法であって、目標箇所の周囲に所定距離で設けられた複数の光電センサを備え、振られた光ビームにより前記複数の光電センサのいずれか１である第１の光電センサにより検知させる第１の過程と、
第１の過程において光検知した第１の光電センサの位置と、前記光検知のためのプリズムの基準軸に対する光ビームの振れ角度φ１とに基づいて第２の光電センサに向けてプリズムの基準軸に対して角度φ２だけ光ビームを振らす第２の過程と、
第２の過程で振らした光ビームにより第２の光電センサで検知するか否かを判定する第３の過程と、
第３過程において第２の光電センサで検知したとき、目標箇所に向けてプリズムの基準軸に対して目標箇所がなす角度φ３だけ光ビームを振らし、第２の光電センサで検知されないとき、新たな第１の光電センサにより検知させる第１の過程に戻る第４の過程とからなることを特徴とする光ビームの角度設定方法。
【請求項４】
光ビームを振らせ目標に当てて反射させ、発光波の発光時と反射波の受光時との時間差から目標との距離を測定する際の角度設定方法において、目標箇所に所定の距離で設けられた複数の反射板を備え、振られた光ビームの反射板による反射光を光ビームの発光手段の位置に設けられた受光器により検知する第１の過程と、
第１の過程において光ビームを検知した第１の反射板の前記複数反射板との相対位置と、前記光ビーム検知のための光ビーム偏向手段の基準軸に対する光ビームの振れ角度Φ１とに基づいて第２の反射板に向けて光ビーム偏向手段に対して角度Φ２だけ光ビームを振らす第２の過程と、
第２の過程で振らした光ビームにより第２の反射板で検知するか否かを判定する第３の過程からなることを特徴とする光ビームの角度設定方法。
【請求項５】
光ビームを振らせ目標に当てて反射させ、反射波の有無から目標の角度を測定する際の角度設定方法において、目標箇所に所定の距離で設けられた複数の反射板を備え、振られた光ビームの反射板による反射光を光ビームの発光手段の位置に設けられた受光器により検知する第１の過程と、
第１の過程において反射光を検知したときの第１の反射板に向けた前記光ビームの角度と、前記光ビーム検知のための光ビーム偏向手段の基準軸に対する光ビームの振れ角度Φ１とに基づいて第２の反射板に向けて光ビーム偏向手段に対して角度Φ２だけ光ビームを振らす第２の過程と、第２の過程で振らした光ビームにより第２の反射板で検知するか否かを判定する第３の過程からなることを特徴とする光ビームの角度設定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００８−２５６９９７（Ｐ２００８−２５６９９７Ａ）
【公開日】平成２０年１０月２３日（２００８．１０．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１０００４２（Ｐ２００７−１０００４２）
【出願日】平成１９年４月６日（２００７．４．６）
【出願人】（０００１００９４２）アイレック技建株式会社 (45)
【出願人】（５９５１５８７６２）株式会社アトム技研 (8)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月２３日（２００８．１０．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年４月６日（２００７．４．６）
【出願人】（０００１００９４２）アイレック技建株式会社 (45)
【出願人】（５９５１５８７６２）株式会社アトム技研 (8)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]