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JP4098950B2 - Optical repeater and measurement apparatus and measurement method using this optical repeater - Google Patents
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JP4098950B2 - Optical repeater and measurement apparatus and measurement method using this optical repeater - Google Patents

Optical repeater and measurement apparatus and measurement method using this optical repeater Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光を利用して測量点の位置を計測する計測装置に用いられ、基準点から射出されたレーザ光を中継して測量点まで届くようにする光中継装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
通信用ケーブル、電線、上下水道管、ガス管等を地中に埋設する管路の敷設工事には、近年開削工法ではなく推進工法が通常採用される。この推進工法では、管路の一端となる位置に発進立坑が堀られ、管路の他端となる位置に到達立坑が掘られる。発進立坑内には先導体及び元押装置が設置される。元押装置で先導体を地中内の水平方向に押し出すと、先導体が推進される。先導体が所定のストロークだけ前進したときに、先導体の後部に推進管が連結され、その後再び元押装置により推進管と共に先導体が前進させられる。このような工程の繰り返しで順次推進管が繋げられる。先導体を到達立坑まで前進させることによって管路が構築される。
【0003】
推進工法の施工に当たっては、先導体を計画線に沿って掘進させるために、地中を掘進する先導体の水平及び垂直方向の位置が計測装置によって逐次計測される。
【0004】
先導体の位置を計測する方法として、従来からレーザターゲット法等が知られている。レーザターゲット法では、発進立坑(基準点)にレーザ光を射出するレーザ発振器が設けられ、先導体(測量点)に受光器としてのターゲットが設けられる。レーザ発振器は、計画線上に直線のレーザ光を射出する。ターゲット上に照射されたレーザ光の位置に基づいて計画線からの先導体のずれ量が計測される。
【0005】
最近コストを低減するために、立坑の数を減らし、立坑間の長さを800m〜900m程度に長くするという要請がある。特に市街地にトンネルが掘進される場合、立坑の位置が市街地の道路に限定されるのでこの要請が強い。ところで、レーザ光は、細いビームになって一直線に進むが、約300mを超えると回析により徐々に広がり、あるいは塵、水蒸気などによりレーザ光の強さが減る。このため、ターゲット上のレーザ光の正確な位置が図れなくなる。したがって、このような長距離を推進する先導体の位置を計測する場合、レーザ法と電磁法またはジャイロ法との併用が採られていた。すなわち、レーザ光が届く発進立坑から300mぐらいまではレーザ法で先導体の位置を計測し、300mを超えると電磁法で先導体の位置を計測する。電磁法では、先導体に磁場を発生する発振器が設置され、地上に発振器から発生する磁場を受信する受信器が設置され、磁場の強さから先導体の位置が計測される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電磁法、ジャイロ法では先導体の位置を高精度に測定することができない。先導体の位置を高精度に測定するためには、距離、角度等を計測するのに最も精度が高いレーザ光を応用した計測が望まれるが、現状の光応用計測では、基準点から測量点まで300mを超えるとレーザ光が届かないのでレーザ光を一回中継する必要がある。
【0007】
そこで、本発明は、基準点から射出される光を中継し、長距離の計測に使用することができる光中継装置並びにこの光中継装置を用いた計測方法及び装置をを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
以下、本発明について説明する。
【0009】
上記課題を解決するために、本発明者は、双方向にレーザを射出する双方向レーザ発振器を中継装置として使用し、基準点から射出されたレーザ光とは逆の経路を経由して、中継装置から射出されたレーザ光を屈折して基準点に戻るようにし、レーザ光の屈折角から中継装置の光軸と基準点から射出されるレーザ光の光軸との間の相対角を測定した。具体的には、本発明は、基準点と測量点との間に設けられ、基準点から射出されたレーザ光を中継する光中継装置であって、光軸を合わせて双方向にレーザを射出する双方向レーザ発振器と、前記双方向レーザ発振器の両側に設けられた、複数のウェッジプリズムを組み合わせてレーザ光を屈折する一対の中継点光路屈折器と、前記中継点光路屈折器でのレーザ光の屈折を制御する制御装置とを備え、前記中継点光路屈折器は、回転自在に設けられた一対のウェッジプリズムと、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部と、前記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部とを有し、前記中継点光路屈折器の一方は、前記基準点から射出されたレーザ光及び前記双方向レーザ発振器の一方から射出されたレーザ光を屈折し、前記中継点光路屈折器の他方は、前記双方向レーザ発振器の他方から射出されたレーザ光を屈折し、前記制御装置は、前記中継点光路屈折器の前記一対のウェッジプリズムの回転角度を操作して、前記双方向レーザ発振器の一方から射出されたレーザ光が前記基準点に設けられた基準点受光器を照射するように前記基準点受光器の出力値をフィードバック制御することを特徴とする光中継装置により上述した課題を解決した。
【0010】
この発明によれば、中継点光路屈折器は、双方向レーザ発振器の一方から射出されたレーザ光を屈折し、基準点から射出されたレーザ光とは逆の経路を経由して基準点に戻す。そして、この中継点光路屈折器の屈折角に基づいて、双方向レーザ発振器の光軸と基準点から射出されるレーザ光の光軸との間の相対角を検知することができるので、中継点から測量点に向かってレーザ光を射出する双方向レーザ発振器の位置、レーザ光の方向を測定することができる。この結果、基準点から測量点までの距離が長距離であっても、基準点から射出される光を中継し、測量点の位置を高精度に計測できる。また、基準点から射出されたレーザ光を確実に中継装置まで届かせることができる。また、中継装置の双方向レーザ発振器の一方から射出されるレーザ光を基準点に届かせることができると共に、中継装置の双方向レーザ発振器の他方から射出されるレーザ光を測量点に届かせることができる。また、任意の方向にレーザ光を屈折することができる。また、中継点から射出されたレーザ光が自動的に基準点を照射するようにすることができる。
【0019】
さらに、本発明は、前記一対の角度検出部それぞれの検出値に基づいて前記光路屈折器での屈折角を算出すると共に、この屈折角に基づいて前記双方向レーザ発振器から射出されるレーザ光の光軸と基準点から射出されるレーザ光の光軸との間の相対角を算出する演算装置が設けられることを特徴とする。
【0020】
この発明によれば、双方向レーザ発振器から射出されるレーザ光の光軸と基準点から射出されるレーザ光の光軸との間の相対角を自動的に算出することができる。
【0021】
また、本発明は、基準点から射出されるレーザ光を中継点で中継して測量点まで届くようにし、測量点の位置を計測する計測方法であって、基準点には、レーザ光を射出する基準点レーザ発振器と、この基準点レーザ発振器から射出されるレーザ光を複数のウェッジプリズムを組み合わせて屈折する基準点光路屈折器とが設けられ、中継点には、光軸を略合わせて双方向にレーザ光を射出する双方向レーザ発振器と、前記双方向レーザ発振器の一方から射出されたレーザ光を、複数のウェッジプリズムを組み合わせて屈折する中継点光路屈折器とが設けられ、前記基準点レーザ発振器から射出されるレーザ光を前記基準点光路屈折器で屈折し、前記中継点まで届くようにし、前記双方向レーザ発振器の一方から射出されるレーザ光を前記中継点光路屈折器で屈折し、前記基準点まで届くようにし、前記基準点光路屈折器及び前記中継点光路屈折器でのレーザ光の屈折角に基づいて、前記基準点レーザ発振器から射出されるレーザ光の光軸と前記双方向レーザ発振器から射出されるレーザ光の光軸との間の相対角を算出することを特徴とする計測方法としても構成することができる。
【0022】
この発明によれば、基準点に設けられた基準点レーザ発振器の光軸と中継点に設けられた双方向レーザ発振器の光軸との間の相対角が算出されるので、中継点から測量点に向かってレーザ光を射出する双方向レーザ発振器の位置、レーザ光の方向を測定することができる。この結果、基準点から測量点までの距離が長距離であっても、基準点から射出される光を中継し、測量点の位置を高精度に計測できる。
【0023】
また、本発明は、基準点には、前記双方向レーザ発振器から射出されるレーザ光が照射される基準点受光器が設けられ、中継点には、前記基準点レーザ発振器から射出されるレーザ光が照射される中継点受光器が設けられ、前記基準点光路屈折器における前記複数のウェッジプリズムの回転角度を操作して、前記基準点レーザ発振器から射出されたレーザ光が前記中継点受光器を照射するように前記中継点受光器の出力値をフィードバック制御すると共に、前記中継点光路屈折器における前記複数のウェッジプリズムの回転角度を操作して、前記双方向レーザ発振器の一方から射出されたレーザ光が前記基準点受光器を照射するように前記基準点受光器の出力値をフィードバック制御することを特徴とする。
【0024】
この発明によれば、基準点から射出されたレーザ光が自動的に中継点を照射するようにすることができると共に、中継点から射出されたレーザ光が自動的に基準点を照射するようにすることができる。
【0025】
さらに、本発明は、基準点と中継点との間に、複数のウェッジプリズムを組み合わせて光路を屈折する複数個の光路屈折器が設けられ、前記光路屈折器には、前記基準点レーザ発振器から射出されるレーザ光が照射される基準側受光器、並びに前記双方向レーザ発振器から射出されるレーザ光が照射される中継側受光器が設けられ、前記光路屈折器の前記複数のウェッジプリズムの回転角度を操作して、前記基準点レーザ発振器から射出されたレーザ光が前記基準側受光器を照射するように前記基準側受光器の出力値をフィードバック制御し、前記基準点レーザ発振器から射出されたレーザ光が自動的に前記中継点受光器に届くようにすると共に、前記光路屈折器の前記複数のウェッジプリズムの回転角度を操作して、前記双方向レーザ発振器の一方から射出されたレーザ光が前記中継側受光器を照射するように前記中継側受光器の出力値をフィードバック制御し、前記双方向レーザ発振器の一方から射出されたレーザ光が自動的に前記基準点受光器に届くようにし、前記基準点光路屈折器、前記中継点光路屈折器及び前記光路屈折器でのレーザ光の屈折角に基づいて、前記基準点レーザ発振器から射出されるレーザ光の光軸と前記双方向レーザ発振器から射出されるレーザ光の光軸との間の相対角を算出することを特徴とする。
【0026】
この発明によれば、基準点から中継点までの経路がどのように屈曲していても、基準点に設けられた基準点レーザ発振器の光軸と中継点に設けられた双方向レーザ発振器の光軸との間の相対角を算出することができる。
【0027】
さらに、本発明は、前記複数のウェッジプリズムそれぞれの回転角度に基づいて前記基準点光路屈折器、前記中継点光路屈折器及び前記光路屈折器の屈折角を算出することを特徴とする。
【0028】
この発明によれば、上記屈折器の屈折角を容易に算出することができる。
【0029】
また、本発明は、基準点から射出されるレーザ光を中継点で中継して測量点まで届くようにし、測量点の位置を計測する計測装置であって、基準点には、レーザ光を射出する基準点レーザ発振器と、この基準点レーザ発振器から射出されるレーザ光を屈折する基準点光路屈折器と、中継点から射出されるレーザ光が照射される基準点受光器が設けられ、中継点には、光軸を略合わせて双方向にレーザ光を射出する双方向レーザ発振器と、前記双方向レーザ発振器の一方から射出されたレーザ光を屈折する中継点光路屈折器と、基準点から照射されるレーザ光が照射される中継点受光器が設けられ、前記基準点光路屈折器及び前記中継点光路屈折器それぞれは、回転自在に設けられた一対のウェッジプリズムと、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部と、前記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部と、を有し、前記基準点光路屈折器における前記一対のウェッジプリズムの回転角度を操作して、前記基準点レーザ発振器から射出されたレーザ光が前記中継点受光器を照射するように前記中継点受光器の出力値をフィードバック制御すると共に、前記中継点光路屈折器における前記一対のウェッジプリズムの回転角度を操作して、前記双方向レーザ発振器の一方から射出されたレーザ光が前記基準点受光器を照射するように前記基準点受光器の出力値をフィードバック制御する制御装置と、前記基準点光路屈折器及び前記中継点光路屈折器でのレーザ光の屈折角に基づいて、前記基準点レーザ発振器から射出されるレーザ光の光軸と前記双方向レーザ発振器から射出されるレーザ光の光軸との間の相対角を算出する演算装置と、が設けられることを特徴とする計測装置としても構成することができる。また、基準点と中継点との間に、光路を屈折する少なくとも一つの光路屈折器が設けられ、前記光路屈折器は、回転自在に設けられた一対のウェッジプリズムと、この一対のウェッジプリズムのそれぞれを個別に回転する一対の駆動部と、前記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部とを有し、前記光路屈折器には、前記基準点レーザ発振器から射出されるレーザ光が照射される基準側受光器、並びに前記双方向レーザ発振器から射出されるレーザ光が照射される中継側受光器が設けられ、前記制御装置は、前記光路屈折器の前記一対のウェッジプリズムの回転角度を操作して、前記基準点レーザ発振器から射出されたレーザ光が前記基準側受光器を照射するように前記基準側受光器の出力値をフィードバック制御し、前記基準点レーザ発振器から射出されたレーザ光が自動的に前記中継点受光器に届くようにすると共に、前記光路屈折器の前記一対のウェッジプリズムの回転角度を操作して、前記双方向レーザ発振器の一方から射出されたレーザ光が前記中継側受光器を照射するように前記中継側受光器の出力値をフィードバック制御し、前記双方向レーザ発振器の一方から射出されたレーザ光が自動的に前記基準点受光器に届くようにし、前記演算装置は、前記基準点光路屈折器、前記中継点光路屈折器及び前記光路屈折器でのレーザ光の屈折角に基づいて、前記基準点レーザ発振器から射出されるレーザ光の光軸と前記双方向レーザ発振器から射出されるレーザ光の光軸との間の相対角を算出することを特徴とする計測装置として構成することができる。また、前記演算装置は、前記一対のウェッジプリズムそれぞれの回転角度に基づいて前記基準点光路屈折器、前記中継点光路屈折器及び前記光路屈折器の屈折角を算出することを特徴とする計測装置として構成することができる。
【0030】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の一実施形態における計測装置が適用される推進工法を示す。先導体1は発進立坑2から到達立坑3に向かって所定の計画線4に沿ってトンネルを掘進する。ジャッキ等の元押装置により発進立坑2から先導体1が一定のストロークずつ押される。先導体1が元押装置によって一定のストロークを前進する都度、先導体1の後部に順次推進管が継ぎ足される。本発明の計測装置は、発進立坑2(基準点)からの先導体1の推進位置5(測量点)を計測し、例えば初期設定基準線6に対する先導体の距離▲2▼を計測する。図2に示すように、この距離▲2▼と初期設定基準線6から計画線4までの距離▲1▼とが比較され、▲2▼−▲1▼が先導体の計画線4からのずれ量▲3▼とされる。ずれ量▲3▼が0となるように先導体1の掘削が制御されている。
【0031】
図3は、本発明の計測装置の全体システム構成図を示す。この計測装置は、基準点21から射出されるレーザ光を中継点22で中継して測量点23まで届くようにし、測量点23までの位置を計測する。測量点23の位置を計測するためには、レーザ光を中継する双方向レーザ発振器25の光軸25aの方向を測定する必要がある。本発明の計測装置は、双方向レーザ発振器25の光軸25aと、基準点21に設けられた基準点レーザ発振器26の光軸26aとの間の相対角を測定できることにその特徴を有する。
【0032】
基準点21には、レーザ光を射出する基準点レーザ発振器26と、この基準点レーザ発振器26に固定され、基準点レーザ発振器26から射出されるレーザ光を一対のウェッジプリズムを組み合わせて屈折する基準点光路屈折器27と、中継点22から射出されるレーザ光が照射される基準点受光器28が設けられる。基準点光路屈折器27及び基準点受光器28の構成については後述する。
【0033】
基準点21と中継点22との間には、一対のウェッジプリズムを組み合わせて光路を屈折する2つの光路屈折器31,31が設けられる。この光路屈折器31,31は、上記基準点光路屈折器27と同様な構成を有する。光路屈折器31,31の両側には、基準点レーザ発振器26から射出されるレーザ光が照射される基準側受光器32,32、並びに双方向レーザ発振器25から射出されるレーザ光が照射される中継側受光器33,33が設けられる。これら基準側受光器32,32及び中継側受光器33,33は、上述の基準点受光器28と同様な構成を有する。
【0034】
中継点22には、光中継装置35が設けられる。光中継装置35は、光軸を略合わせて双方向にレーザ光を射出する双方向レーザ発振器25と、双方向レーザ発振器25の両側に設けられた一対の中継点光路屈折器36a,36bを備える。双方向レーザ発振器25は、その両側から一直線上に180度方向をずらしてレーザ光を射出する。この双方向レーザ発振器25は、例えば2枚の反射鏡の間にレーザ媒質を入れた周知のレーザ発振器を、双方向から射出されるレーザ光の光軸が一致するように背中合わせに組み合わせて構成される。また、これ以外にも2枚の反射鏡で共振周波数の光を閉じ込め、その一部を双方向から外部に取り出すように構成されてもよい。すなわち、双方向レーザ発振器25は、双方向にレーザ光を射出するようにした一個のレーザ発振器から構成されてもよいし、片方向のみしかレーザ光を射出しないレーザ発振器2個を固定し、双方向にレーザ光を射出するようにしたものから構成されてもよい。なお、レーザ発振器の媒質にはHe−Ne、炭酸ガス等の気体、固体、半導体等が用いられる。
【0035】
双方向レーザ発振器25の両側には、一対のウェッジプリズムを組み合わせてレーザ光を屈折する中継点光路屈折器36a,36bが設けられる。この中継点光路屈折器36a,36bは上述の基準点光路屈折器27と同様な構成を有する。中継点光路屈折器の一方36aが、基準点21から射出されたレーザ光及び双方向レーザ発振器25の一方から射出されたレーザ光を屈折し、中継点光路屈折器の他方36bが、双方向レーザ発振器25の他方から射出されたレーザ光を屈折する。基準点側に位置する中継点光路屈折器36aには、基準点21から照射されるレーザ光が照射される中継点受光器37が設けられる。中継点受光器37は上記基準点受光器28と同様な構成を有する。
【0036】
測量点23には、測量点受光器38が設けられる。この測量点受光器38は例えばトンネルを掘進する先導体に固定されている。測量点受光器38も上述の基準点受光器28と同様な構成を有する。
【0037】
中継点22と測量点23との間には、一対のウェッジプリズムを組み合わせて光路を屈折する2つの光路屈折器39,39が設けられる。この光路屈折器39,39は、上記基準点光路屈折器27と同様な構成を有する。この光路屈折器39,39それぞれの中継点側には、双方向レーザ発振器25から射出されるレーザ光が照射される中継側受光器40,40が設けられる。この中継側受光器40,40は、上述の基準点受光器28と同様な構成を有する。
【0038】
本発明の計測装置は、基準点レーザ発振器26から射出されるレーザ光を基準点光路屈折器27及び光路屈折器31,31で順次屈折し、中継点22まで届くようにし、これとは逆に双方向レーザ発振器25から射出されたレーザ光を中継点光路屈折器36a及び光路屈折器31,31で順次屈折し、基準点21まで届くようにしている。
【0039】
すなわち、制御装置50aは、基準点光路屈折器27におけるウェッジプリズムの回転角度を操作して、基準点レーザ発振器26から射出されたレーザ光が光路屈折器31(図中左側)の基準側受光器32を照射するように、この基準側受光器32の出力値をフィードバック制御する。同様に、制御装置50bは、光路屈折器31におけるウェッジプリズムの回転角を操作して、基準点レーザ発振器26から射出されたレーザ光が光路屈折器31(図中右側)の基準側受光器32を照射するように、この基準側受光器32の出力値をフィードバック制御する。また、制御装置50cは、光路屈折器31におけるウェッジプリズムの回転角を操作して、基準点レーザ発振器26から射出されたレーザ光が中継点受光器37を照射するように中継点受光器37の出力値をフィードバック制御する。このようにして基準点レーザ発振器26から射出されるレーザ光を基準点光路屈折器27及び光路屈折器31、31で順次屈折し、中継点22まで届くようにしている。
【0040】
また、これとは逆に制御装置50dは、中継点光路屈折器36aにおけるウェッジプリズムの回転角度を操作して、双方向レーザ発振器25から射出されたレーザ光が光路屈折器31(図中右側)の中継側受光器33を照射するように、この中継側受光器33の出力値をフィードバック制御する。同様に、制御装置50cは、光路屈折器31におけるウェッジプリズムの回転角を操作して、双方向レーザ発振器25から射出されたレーザ光が光路屈折器31(図中左側)の中継側受光器33を照射するように、この中継側受光器33の出力値をフィードバック制御する。また、制御装置50bは、光路屈折器31におけるウェッジプリズムの回転角を操作して、双方向レーザ発振器25から射出されたレーザ光が基準点受光器28を照射するように基準点受光器28の出力値をフィードバック制御する。このようにして双方向レーザ発振器25から射出されるレーザ光を中継点光路屈折器36及び光路屈折器31、31で順次屈折し、基準点21まで届くようにしている。当然のことながら、行きと戻りとで光路屈折器31、31のウェッジプリズムは殆ど動かす必要がない。
【0041】
演算装置51は、基準点光路屈折器27、光路屈折器31、31及び中継点光路屈折器36aでのレーザ光の屈折角θ1〜θ4に基づいて、基準点レーザ発振器26から射出されるレーザ光の光軸26aと、双方向レーザ発振器25から射出されるレーザ光の光軸25aとの間の相対角θを算出する。相対角θは例えば以下の計算式から求められる。
【0042】
【式1】
θ=θ1+θ2+θ3+θ4
また、各光路屈折器間の距離L1〜L3を測定すると、中継点22の位置も計測することができる。
【0043】
制御装置50e,50f,50gは、上記制御装置50a,50b,50cと同様に中継点光路屈折器36b又は光路屈折器39,39のウェッジプリズムの回転角度を操作して、測量点受光器38又は中継側受光器40,40の出力値をフィードバック制御し、双方向レーザ発振器25から射出されるレーザ光が自動的に測量点受光器38まで届くようにしている。そして、演算装置51は、各光路屈折器の屈折角θ1〜θ7及び光路屈折器間の距離L1〜L7に基づいて測量点23の位置を算出する。
【0044】
このように本発明によれば、基準点21に設けられた基準点レーザ発振器26の光軸26aと中継点22に設けられた双方向レーザ発振器25の光軸25aとの間の相対角が算出されるので、中継点22から測量点23に向かってレーザ光を射出する双方向レーザ発振器25の位置、レーザ光の方向を測定することができる。この結果、基準点21から測量点23までの距離が長距離であっても、基準点21から射出される光を中継し、測量点23を高精度に計測することができる。
【0045】
なお、上記受光器28,32,33,37の中心位置と光路屈折器27,31,31,36aの中心位置とが異なるため、光路屈折器27,31,31,36a間の距離が近い場合、行きと戻りとで僅かな光路の相違が生じる。相対角を高精度に測定したいときは、行きと戻りそれぞれでの光路屈折器27,31,31,36aの屈折角が測定される。
【0046】
図4は基準点光路屈折器27を示す。上述のように基準点光路屈折器27、中継点光路屈折器36,36及び光路屈折器31,31,39,39は全て同様な構成を有し、基準点受光器28、中継点受光器37、測量点受光器38、基準側受光器32,32及び中継側受光器33,33,40,40は全て同様な構成を有するので、基準点光路屈折器(以下単にプリズムユニット27という)及び基準点受光器28(以下単に受光器28という)の構成を代表して説明する。図中(A)はプリズムユニット27の正面図を示し、図中(B)は側面図を示す。各プリズムユニット27は内部に一対のウェッジプリズム13a,13bを有する。各プリズムユニット27には受光器28が設けられる。この受光器28はウェッジプリズム13a,13bの周囲にその中心から一定間隔を開けて配置された3個ないし4個の光電センサ28a,28b,28c,28dから構成される。なお、受光器28には4つの光電センサを組合せた2軸光電センサの他、CCDカメラ等の撮影素子が用いられても良い。
【0047】
図5は、プリズムユニット27の断面図を示す。プリズムユニット27は、円筒状のケース12と、このケース12内に回転自在に設けられる一対のウェッジプリズム13a,13bと、この一対のウェッジプリズム13a,13bそれぞれを個別に回転させる駆動部としてのモータ14a,14bと、ウェッジプリズム13a,13bの回転角をデジタル式に検出する角度検出部としてのエンコーダ15a,15bとを備える。モータ14a,14bとエンコーダ15a,15bとは一体になっている。また、塵等が付着するのを防止するために、ウェッジプリズムは保護ガラス16で覆われている。なお、角度検出部はデジタル的に検出するエンコーダ15a,15bに限られることなく、アナログ的に検出するポテンションメータであってもよい。
【0048】
図6に示すように、ウェッジプリズム13a,13bは、円筒状のレンズの第2面17にテーパをつけたプリズムである。このウェッジプリズム13a,13bの第1面18にビームが垂直に入射すると、入射した光線は屈折角δで屈折する。ここで、屈折角δとウェッジ頂角wの関係は、以下の式で表される。
【0049】
【式2】

Figure 0004098950
ここで、nは屈折率である。
【0050】
図7は、2つのウェッジプリズム13a,13bを組み合わせた場合を示す。2つのウェッジプリズム13a,13bは同じ材質で、しかも同じウェッジ頂角wを有する。この図に示すように、2つのウェッジプリズム13a,13bを傾斜面19が平行になるように近接配置すると、ウェッジプリズム13a,13bを通過したビームは、平行なガラスを通過するのと同様に直進する。一方、図12に示すように、ウェッジプリズム13a,13bを第1面18の法線と平行な軸の回りに別々に回転することによって、所定の尖った円錐体内部の任意の方向にレーザー光を屈折(偏向)することができる。このときの最大屈折角は、ウェッジ頂角wが小さい場合は2つのウェッジプリズムの屈折角δを合算した2δになる。したがってレーザー光は直径4δの円内を照射する。
【0051】
2個のウェッジプリズム13a,13bそれぞれの回転角から、組み合わせた場合の屈折角および屈折方向の算出方法について説明する。ウェッジプリズム13a,13bのそれぞれの回転角はエンコーダ15a,15bで検出され、組み合わせた場合の屈折角度は演算装置51(図3参照)で算出される。演算装置51はCPU等を有する計算機からなり、ウェッジプリズム13a,13bの回転角から各プリズムユニット27の屈折角を算出しする。
【0052】
図9に示すように、ウェッジプリズム13a,13b(以下ウェッジプリズム13aをプリズム1といい、ウェッジプリズム13bをプリズム2という)の中心線上にレーザー光を入射すると、プリズム1がレーザー光を屈折角δ1で屈折し、プリズム2がさらにレーザー光を屈折角δ2で屈折する。この屈折角δ1,δ2が得られるプリズム1の回転角をψ1,プリズム2の回転角をψ2とする。プリズム1,2の一番厚いところと一番薄いところを結んだ線が水平となる位置を基準とし、回転角ψ1,ψ2はこの位置からの角度を表している。
【0053】
ここで、ウェッジ頂角wが微少であることから、計算を簡単にするためにδ1,δ2ともに微少とし、ウェッジプリズム2の第1面にもレーザー光が垂直に入射すると仮定する。図10は、レーザー光に対して直交する面にX軸,Y軸をとり、プリズム1の屈折角δ1(図中(a))およびプリズム2の屈折角δ2(図中(b))をベクトル表示したものである。この図からプリズム1に関して以下の計算式が成立する。
【0054】
【式3】
Figure 0004098950
また、プリズム2に関しても同様に以下の計算式が成立する。
【0055】
【式4】
Figure 0004098950
式2および式3からプリズム1とプリズム2を合算した場合のX方向の合成成分δTXは、以下の式5で表される。
【0056】
【式5】
Figure 0004098950
同様に、Y方向の合成成分は、以下の式6で表される。
【0057】
【式6】
Figure 0004098950
したがって、合成屈折角δT、合成屈折方向ψTは以下の式7で表される。
【0058】
【式7】
Figure 0004098950
ここで、プリズム2個の差角ΔψをΔψ=ψ1−ψ2とすると、δTは以下の式8で表される。
【0059】
【式8】
Figure 0004098950
【0060】
これらの計算式を用いることで、2個のプリズム1,2それぞれの回転角から、組み合わせた場合の合成屈折角δTおよび合成屈折方向ψTを簡単に算出することができる。なお、プリズム1,2の屈折角δ1,δ2はプリズムによって一定の値を保ち、この屈折角は計算機のメモリに記憶されている。異なる屈折角のプリズム1,2を使用する場合は、メモリに複数の屈折角が記憶される。
【0061】
上述のように、制御装置50a〜50gは、プリズムユニット27における一対のプリズム1,2それぞれの回転角度を操作して、最終的には基準点レーザ発振器26から射出されるレーザー光が自動的に測量点受光器38まで届くようにしている。各制御装置50a〜50gは、レーザー光が受光器28,32,33,37,38,40の中心にないときは、あらかじめ定めたアルゴリズムでプリズム1,2それぞれを回転し、レーザ光が受光器28…の中心にくるようにプリズム1,2を操作する。このときのプリズム1,2の回転角ψ1,ψ2から上述の計算式を用いて合成屈折角δT(図1のθ1〜θ7)、合成屈折方向ψTが算出される。
【0062】
レーザー光を受光器28…の中心にもっていくように制御装置で実行されるソフトウェアサーボのアルゴリズムについて説明する。このソフトウェアサーボは、プリズム1,2の回転角度を操作して、レーザー光が受光器28…の中心を照射するように受光器28…の出力値をフィードバック制御している。
【0063】
図11は、アルゴリズムのフローチャートを示す。まず、受光器28…からの入力レベルがe1以上であるか否かを判断する(ステップS1)。受光器28…が中心から+X,−X,+Y,−Yの4方向に延びる4つの光電センサを組み合わせた2軸光電センサの場合、レーザー光が中心にあれば出力値が0になる。受光器28…からの入力レベル<e1の場合は、レーザー光が受光器28…の中心にあるとして、プリズム1,2の回転角を操作しない。受光器28…からの入力レベル≧e1の場合は、レーザー光が受光器28…の中心にないので、レーザー光が受光器28…の中心にくるように以下の処理を行う。
【0064】
まずプリズム座標系で、X0,Y0,ψTを算出する(ステップS2)。次に、受光器座標系でX1,Y1を検出する(ステップS3)。プリズム座標系は、図12および図13に示すように、プリズムユニット27からプリズム中心線を延長して受光器上の平面と交差する点Pを原点とした座標系をいい、受光器座標系は受光器28…の中心を原点とした座標系をいう。この図12および図13で、レーザー光の受光器28…上の照射位置をプリズム座標系で示したものがv0ベクトルで、受光器座標系で示したものがv1ベクトルである。レーザー光が受光器28…の中心を照射するためには、v1ベクトルが0となればよい。プリズム座標系のv0ベクトルのX方向成分、Y方向成分それぞれをX0,Y0とすると、上述のプリズムの合成屈折角δTから、X0=δTX×L1,Y0=δTY×L1と算出される。ここで、L1はプリズムから受光器までの距離である。そして、ψTは上述の合成屈折方向から算出される(ステップS2)。また、受光器座標系において、受光器28…の検出値からX1,Y1が検出され、計算式θ1=tan-1(Y1/X1)からθ1が算出される(ステップS3)。受光器28…の精度が高く、座標X1,Y1が高精度に得られると、このX1,Y1に基づいてプリズムを操作して受光器28…の中心を照射するように合成屈折角δTを変化させればよいが、一般に受光器28…の精度はそれほど高くないので以下のような処理が必要になる。
【0065】
ψTとθ1を比較し、一致する方向に差角Δψを一定に保ったままプリズム2枚を同時に回し、ψTを変える(ステップS4)。図14に示すように、2つのプリズムの差角Δψを一定に保ったままプリズム2枚を同時に回すと、プリズム座標系でのv0ベクトルは、絶対値を保ったまま、原点Pを中心として回転する。ψTとθ1とが等しくなるまで(図中2点鎖線の位置から実線の位置まで)回転すると、v1ベクトルとv0ベクトルとは重なる。このステップS4では、v0ベクトルとv1ベクトルとの方向を合わせている。なお、プリズムの1回の回転量は振動しないように差の1/2とされる。
【0066】
次に、|v1|と|v0|を比較し、ψTを一定に保ったまま、|v1|が0となるように差角Δψを変化する。図15に示すように、2枚のプリズムを相反する方向へ同じ量回転すると、プリズム座標系でのv0ベクトルは、ψTを一定に保ったまま、絶対値|v0|を変化する。この図に示すように、2枚のプリズムの差角Δψを|v1|が0となるように変化すると、v0ベクトルの絶対値が図中2点鎖線の位置から実線の位置まで変化する。すなわち、ステップS5では、v1ベクトルの絶対値を0となるようにしている。ここで、|v1|=√(X12+Y12),|v0|=L1√(δTX2+δTY2)で表される。なお、差角Δψの1回の変化量は、振動しないように差の1/2とされる。
【0067】
次に、ステップS5での差角Δψの変化量が例えば10″以下であるか否かを判断する(ステップS6)。10″以下であれば、レーザー光が受光器28・・・の中心を照射しているとして、スタートに戻る。10″以下でなければ、ステップ2〜ステップ5を繰り返し、再びv1ベクトルが0になるようにプリズムの回転角を操作する。
【0068】
なお、本発明は上述の実施態様に限られず、種々の変更が可能である。例えば双方向レーザには、あらかじめ双方での光軸のずれがわかっていれば光軸を一致させなくてもよい。また、制御装置は、複数のプリズムユニットに対応して複数設けられているが、複数のプリズムユニットに対して一つ設けられても良い。
【0069】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、双方向にレーザを射出する双方向レーザ発振器を中継装置として使用し、基準点から射出されたレーザ光とは逆の経路を経由して、中継装置から射出されたレーザ光を屈折して基準点に戻るようにし、レーザ光の屈折角から中継装置の光軸と基準点から射出されるレーザ光の光軸との間の相対角を測定したので、基準点から測量点までの距離が長距離であっても、基準点から射出される光を中継し、測量点の位置を高精度に計測できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態における計測装置が適用される推進工法を示す平面図。
【図2】先導体の計画線からのずれを示す概略図。
【図3】計測装置の全体システム構成図。
【図4】プリズムユニットを示す図(図中(A)は正面図を示し、図中(B)は側面図を示す)。
【図5】プリズムユニットを示す断面図。
【図6】ウェッジプリズムを示す断面図。
【図7】組み合わせたウェッジプリズムを示す断面図。
【図8】入射光線を屈折するウェッジプリズムを示す斜視図。
【図9】入射光線の屈折を座標系で示す図。
【図10】屈折角をベクトルで示す図(図中(a)はプリズム1を示し、図中(b)はプリズム2を示す。)
【図11】ソフトウェアサーボのアルゴリズムを示すフローチャート。
【図12】受光器上でのレーザー光の照射位置を示す図。
【図13】プリズム座標系と受光器座標系を示すグラフ。
【図14】プリズム座標系と受光器座標系を示すグラフ。
【図15】プリズム座標系と受光器座標系を示すグラフ。
【符号の説明】
13a,13b ウェッジプリズム
14a,14b モータ(駆動部)
15a,15b エンコーダ(角度検出部)
21 基準点
22 中継点
23 測量点
25a 双方向レーザ発振器の光軸
25 双方向レーザ発振器
26 基準点レーザ発振器
26a 基準点レーザ発振器の光軸
27 基準点光路屈折器
28 基準点受光器
31,31 光路屈折器
32,32 基準側受光器
33,33 中継側受光器
35 光中継装置
36a,36b 中継点光路屈折器
37 中継点受光器
50a〜50d 制御装置
51 演算装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical repeater that is used in a measuring device that measures the position of a survey point using light and relays laser light emitted from a reference point to reach the survey point.
[0002]
[Prior art]
In recent years, the propulsion method is usually employed instead of the excavation method for laying the pipes in which communication cables, electric wires, water and sewage pipes, gas pipes, etc. are buried in the ground. In this propulsion method, a start shaft is dug at a position that is one end of a pipeline, and a reaching shaft is dug at a position that is the other end of the pipeline. A leading conductor and a main pushing device are installed in the starting shaft. When the leading conductor is pushed out in the horizontal direction in the ground by the leading pushing device, the leading conductor is propelled. When the leading conductor advances by a predetermined stroke, the propulsion pipe is connected to the rear portion of the leading conductor, and then the leading conductor is advanced together with the propelling pipe again by the main pushing device. The propulsion pipes are sequentially connected by repeating such processes. A pipeline is constructed by advancing the leading conductor to the reaching shaft.
[0003]
In the construction of the propulsion method, in order to dig the leading conductor along the planned line, the horizontal and vertical positions of the leading conductor that digs in the ground are sequentially measured by the measuring device.
[0004]
As a method for measuring the position of the leading conductor, a laser target method or the like is conventionally known. In the laser target method, a laser oscillator that emits laser light is provided at a starting shaft (reference point), and a target as a light receiver is provided at a leading conductor (survey point). The laser oscillator emits a linear laser beam on a planned line. Based on the position of the laser beam irradiated on the target, the amount of deviation of the leading conductor from the planned line is measured.
[0005]
Recently, in order to reduce costs, there is a demand to reduce the number of shafts and increase the length between shafts to about 800 m to 900 m. In particular, when a tunnel is dug in an urban area, this request is strong because the position of the shaft is limited to the road in the urban area. By the way, the laser beam becomes a thin beam and proceeds in a straight line, but when it exceeds about 300 m, it gradually spreads by diffraction, or the intensity of the laser beam decreases due to dust, water vapor or the like. For this reason, the exact position of the laser beam on the target cannot be achieved. Therefore, when measuring the position of the leading conductor that promotes such a long distance, the laser method and the electromagnetic method or the gyro method are used in combination. That is, the position of the leading conductor is measured by the laser method up to about 300 m from the starting shaft where the laser beam reaches, and the position of the leading conductor is measured by the electromagnetic method when exceeding 300 m. In the electromagnetic method, an oscillator that generates a magnetic field is installed on the leading conductor, a receiver that receives the magnetic field generated from the oscillator is installed on the ground, and the position of the leading conductor is measured from the strength of the magnetic field.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the position of the leading conductor cannot be measured with high accuracy by the electromagnetic method and the gyro method. In order to measure the position of the leading conductor with high accuracy, measurement using the laser beam with the highest accuracy for measuring the distance, angle, etc. is desired. If the distance exceeds 300 m, the laser beam does not reach, so it is necessary to relay the laser beam once.
[0007]
Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical repeater that can relay light emitted from a reference point and can be used for long-distance measurement, and a measurement method and apparatus using the optical repeater. To do.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention will be described below.
[0009]
  In order to solve the above-mentioned problems, the present inventor uses a bidirectional laser oscillator that emits a laser in both directions as a relay device, and relays it via a path opposite to the laser light emitted from the reference point. The laser beam emitted from the device was refracted to return to the reference point, and the relative angle between the optical axis of the relay device and the optical axis of the laser beam emitted from the reference point was measured from the refraction angle of the laser beam. . Specifically, the present invention is an optical repeater that is provided between a reference point and a survey point and relays laser light emitted from the reference point, and emits the laser in both directions with the optical axis aligned. A pair of relay point optical path refractors that refract the laser light by combining a plurality of wedge prisms provided on both sides of the bidirectional laser oscillator,A control device for controlling the refraction of the laser light at the relay point optical path refractor, and the relay point optical path refractor includes a pair of rotatable wedge prisms and a pair of wedge prisms individually. A pair of rotating drive units, and a pair of angle detection units for detecting the rotation angles of the pair of wedge prisms, wherein one of the relay point optical path refractors includes laser light emitted from the reference point and Refracting laser light emitted from one of the bidirectional laser oscillators, the other of the relay point optical path refractor refracting laser light emitted from the other of the bidirectional laser oscillator, the control device By operating the rotation angle of the pair of wedge prisms of the relay point optical path refractor, the laser beam emitted from one of the bidirectional laser oscillators is received at the reference point. Performs feedback control of the output value of the reference point photodetector to illuminate theThe above-described problems have been solved by the optical repeater characterized in that.
[0010]
  According to this invention, the relay point optical path refractor refracts the laser light emitted from one of the bidirectional laser oscillators and returns it to the reference point via a path opposite to the laser light emitted from the reference point. . Based on the refraction angle of the relay point optical path refractor, the relative angle between the optical axis of the bidirectional laser oscillator and the optical axis of the laser light emitted from the reference point can be detected. It is possible to measure the position of the bidirectional laser oscillator that emits the laser beam toward the surveying point and the direction of the laser beam. As a result, even if the distance from the reference point to the survey point is a long distance, the light emitted from the reference point is relayed, and the position of the survey point can be measured with high accuracy.Further, the laser beam emitted from the reference point can surely reach the relay device. In addition, the laser light emitted from one of the bidirectional laser oscillators of the relay device can reach the reference point, and the laser light emitted from the other of the bidirectional laser oscillators of the relay device can reach the survey point. Can do. Further, the laser beam can be refracted in an arbitrary direction. Further, the laser beam emitted from the relay point can automatically irradiate the reference point.
[0019]
Furthermore, the present invention calculates the refraction angle at the optical path refractor based on the detection values of the pair of angle detection units, and the laser light emitted from the bidirectional laser oscillator based on the refraction angle. An arithmetic device for calculating a relative angle between the optical axis and the optical axis of the laser light emitted from the reference point is provided.
[0020]
According to the present invention, the relative angle between the optical axis of the laser beam emitted from the bidirectional laser oscillator and the optical axis of the laser beam emitted from the reference point can be automatically calculated.
[0021]
  The present invention is also a measuring method for measuring the position of a survey point by relaying the laser beam emitted from the reference point at a relay point to reach the survey point, and emitting the laser beam to the reference point. A reference point laser oscillator and a plurality of laser beams emitted from the reference point laser oscillator.Wedge prismAnd a reference point optical path refractor that refracts in combination, and the relay point is emitted from one of the bidirectional laser oscillator and the bidirectional laser oscillator that emits laser light bidirectionally with the optical axis substantially aligned. And a relay point optical path refractor that refracts the combined laser light by combining a plurality of wedge prisms, and refracts the laser light emitted from the reference point laser oscillator by the reference point optical path refractor to the relay point. The laser beam emitted from one of the bidirectional laser oscillators is refracted by the relay point optical path refractor and reaches the reference point, and the reference point optical path refractor and the relay point optical path refractor The relative angle between the optical axis of the laser beam emitted from the reference point laser oscillator and the optical axis of the laser beam emitted from the bidirectional laser oscillator is calculated based on the refraction angle of the laser beam. It can be configured as a measuring method, characterized by.
[0022]
According to the present invention, the relative angle between the optical axis of the reference point laser oscillator provided at the reference point and the optical axis of the bidirectional laser oscillator provided at the relay point is calculated. It is possible to measure the position of the bidirectional laser oscillator that emits the laser light toward and the direction of the laser light. As a result, even if the distance from the reference point to the survey point is a long distance, the light emitted from the reference point is relayed, and the position of the survey point can be measured with high accuracy.
[0023]
In the present invention, the reference point is provided with a reference point light receiver to which the laser beam emitted from the bidirectional laser oscillator is irradiated, and the laser beam emitted from the reference point laser oscillator is provided at the relay point. Is provided, and a laser beam emitted from the reference point laser oscillator passes through the relay point receiver by operating the rotation angle of the plurality of wedge prisms in the reference point optical path refractor. A laser emitted from one of the bidirectional laser oscillators by feedback controlling the output value of the relay light receiver so as to irradiate and operating the rotation angle of the plurality of wedge prisms in the relay light path refractor The output value of the reference point light receiver is feedback-controlled so that light irradiates the reference point light receiver.
[0024]
According to the present invention, the laser beam emitted from the reference point can automatically irradiate the relay point, and the laser beam emitted from the relay point automatically irradiates the reference point. can do.
[0025]
  Furthermore, the present invention refracts the optical path by combining a plurality of wedge prisms between the reference point and the relay point.MultipleAn optical path refractor is provided, and the optical path refractor is irradiated with a laser beam emitted from the reference laser beam emitted from the reference point laser oscillator and a laser beam emitted from the bidirectional laser oscillator. The relay side light receiver is provided, and the rotation angle of the plurality of wedge prisms of the optical path refractor is manipulated so that the laser light emitted from the reference point laser oscillator irradiates the reference side light receiver. The output value of the reference side photoreceiver is feedback-controlled so that the laser beam emitted from the reference point laser oscillator automatically reaches the relay point photoreceiver, and the plurality of wedge prisms of the optical path refractor By operating the rotation angle, the output value of the relay-side photoreceiver is fed so that the laser light emitted from one of the bidirectional laser oscillators irradiates the relay-side photoreceiver. The reference point optical path refractor, the relay point optical path refractor, and the optical path refractor so that laser light emitted from one of the bidirectional laser oscillators automatically reaches the reference point light receiver. And calculating a relative angle between the optical axis of the laser light emitted from the reference point laser oscillator and the optical axis of the laser light emitted from the bidirectional laser oscillator based on the refraction angle of the laser light at It is characterized by.
[0026]
According to the present invention, no matter how the path from the reference point to the relay point is bent, the optical axis of the reference point laser oscillator provided at the reference point and the light of the bidirectional laser oscillator provided at the relay point The relative angle between the axes can be calculated.
[0027]
Furthermore, the present invention is characterized in that the refraction angles of the reference point optical path refractor, the relay point optical path refractor and the optical path refractor are calculated based on the rotation angles of the plurality of wedge prisms.
[0028]
According to the present invention, the refraction angle of the refractor can be easily calculated.
[0029]
  The present invention is also a measuring apparatus for measuring the position of a survey point by relaying the laser beam emitted from a reference point at a relay point to reach the survey point, and emitting the laser beam to the reference point. A reference point laser oscillator, a reference point optical path refractor that refracts the laser light emitted from the reference point laser oscillator, and a reference point light receiver that is irradiated with the laser light emitted from the relay point. Irradiates from a reference point, a bidirectional laser oscillator that emits laser light in two directions with the optical axes substantially aligned, a relay point optical path refractor that refracts laser light emitted from one of the bidirectional laser oscillators, and A relay point light receiver that is irradiated with the laser beam is provided. Each of the reference point light path refractor and the relay point light path refractor includes a pair of wedge prisms that are rotatably provided, and a pair of wedge prisms. Rotating the pair of wedge prisms in the reference point optical path refractor having a pair of drive units that individually rotate the pair and a pair of angle detection units that detect a rotation angle of each of the pair of wedge prisms The angle is manipulated to feedback control the output value of the relay point light receiver so that the laser light emitted from the reference point laser oscillator irradiates the relay point light receiver, and the relay point optical path refractor A control device that controls the rotation angle of a pair of wedge prisms and feedback-controls the output value of the reference point light receiver so that laser light emitted from one of the bidirectional laser oscillators irradiates the reference point light receiver And a laser emitted from the reference point laser oscillator based on the refraction angle of the laser light at the reference point optical path refractor and the relay point optical path refractor Can be constituted of an arithmetic unit for calculating a relative angle between the optical axis and the bidirectional optical axis of the laser beam from the laser oscillator is emitted, as a measuring apparatus, characterized in that is provided.Further, at least one optical path refractor that refracts the optical path is provided between the reference point and the relay point. The optical path refractor includes a pair of wedge prisms that are rotatably provided, and a pair of wedge prisms. The optical path refractor is emitted from the reference point laser oscillator. The optical path refractor includes a pair of driving units that individually rotate and a pair of angle detection units that detect the rotation angles of the pair of wedge prisms. A reference-side light receiver that is irradiated with laser light and a relay-side light receiver that is irradiated with laser light emitted from the bidirectional laser oscillator are provided, and the control device includes the pair of wedge prisms of the optical path refractor The output value of the reference side light receiver is fed back so that the laser light emitted from the reference point laser oscillator irradiates the reference side light receiver. The laser light emitted from the reference point laser oscillator automatically reaches the relay light receiver, and the rotation angle of the pair of wedge prisms of the optical path refractor is operated to The output value of the relay-side light receiver is feedback controlled so that the laser light emitted from one of the bidirectional laser oscillators irradiates the relay-side light receiver, and the laser light emitted from one of the bidirectional laser oscillators is automatically The reference point photoreceiver, and the arithmetic unit is configured to determine the reference point laser based on the refraction angle of the laser light at the reference point optical path refractor, the relay point optical path refractor, and the optical path refractor. A measuring device is configured to calculate a relative angle between an optical axis of a laser beam emitted from an oscillator and an optical axis of a laser beam emitted from the bidirectional laser oscillator. It can be. Further, the calculation device calculates a refraction angle of the reference point optical path refractor, the relay point optical path refractor, and the optical path refractor based on a rotation angle of each of the pair of wedge prisms. Can be configured.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows a propulsion method to which a measuring apparatus according to an embodiment of the present invention is applied. The leading conductor 1 digs a tunnel along a predetermined planned line 4 from the starting shaft 2 toward the reaching shaft 3. A leading conductor 1 such as a jack pushes the leading conductor 1 from the starting shaft 2 by a certain stroke. Each time the leading conductor 1 advances a certain stroke by the main pushing device, a propelling pipe is sequentially added to the rear portion of the leading conductor 1. The measuring device of the present invention measures the propulsion position 5 (survey point) of the leading conductor 1 from the starting shaft 2 (reference point), and measures the distance {circle around (2)} of the leading conductor with respect to the initial setting reference line 6, for example. As shown in FIG. 2, this distance (2) is compared with the distance (1) from the initial reference line 6 to the planned line 4, and (2)-(1) is the deviation from the planned line 4 of the leading conductor. The amount is (3). The excavation of the leading conductor 1 is controlled so that the deviation amount (3) becomes zero.
[0031]
FIG. 3 shows an overall system configuration diagram of the measuring apparatus of the present invention. This measuring device relays the laser light emitted from the reference point 21 at the relay point 22 so as to reach the survey point 23 and measures the position to the survey point 23. In order to measure the position of the survey point 23, it is necessary to measure the direction of the optical axis 25a of the bidirectional laser oscillator 25 that relays the laser light. The measuring device of the present invention is characterized in that it can measure the relative angle between the optical axis 25a of the bidirectional laser oscillator 25 and the optical axis 26a of the reference point laser oscillator 26 provided at the reference point 21.
[0032]
  The reference point 21 has a reference point laser oscillator 26 that emits laser light and a pair of laser beams that are fixed to the reference point laser oscillator 26 and emitted from the reference point laser oscillator 26.Wedge prismA reference point optical path refractor 27 that refracts in combination, and a reference point light receiver 28 that is irradiated with laser light emitted from the relay point 22 are provided. The configurations of the reference point optical path refractor 27 and the reference point light receiver 28 will be described later.
[0033]
Between the reference point 21 and the relay point 22, two optical path refractors 31, 31 that refract the optical path by combining a pair of wedge prisms are provided. The optical path refractors 31, 31 have the same configuration as the reference point optical path refractor 27. Both sides of the optical path refractors 31 and 31 are irradiated with reference side light receivers 32 and 32 irradiated with laser light emitted from the reference point laser oscillator 26 and laser light emitted from the bidirectional laser oscillator 25. Relay side light receivers 33 and 33 are provided. The reference side light receivers 32 and 32 and the relay side light receivers 33 and 33 have the same configuration as the reference point light receiver 28 described above.
[0034]
  An optical relay device 35 is provided at the relay point 22. The optical repeater 35 includes a bidirectional laser oscillator 25 that substantially aligns the optical axis and emits laser light in both directions, and a pair of relay point optical path refractors 36 a and 36 b provided on both sides of the bidirectional laser oscillator 25. . The bi-directional laser oscillator 25 emits laser light with the direction shifted by 180 degrees on a straight line from both sides. The bidirectional laser oscillator 25 is configured, for example, by combining a known laser oscillator in which a laser medium is inserted between two reflecting mirrors, back to back so that the optical axes of laser beams emitted from both directions coincide. The In addition to this, light of resonance frequency is confined by two reflecting mirrors, and a part of them is taken from both sides to the outside.put outIt may be configured as follows. That is, the bidirectional laser oscillator 25 may be composed of one laser oscillator that emits laser light in both directions, or two laser oscillators that emit laser light only in one direction are fixed, The laser beam may be emitted in the direction. Note that He—Ne, a gas such as carbon dioxide, a solid, a semiconductor, or the like is used as a medium of the laser oscillator.
[0035]
  On both sides of the bidirectional laser oscillator 25, relay point optical path refractors 36 a and 36 b that refract the laser light by combining a pair of wedge prisms are provided. The relay point optical path refractors 36a and 36b have the same configuration as the reference point optical path refractor 27 described above. One of the relay point optical path refractors refracts the laser light emitted from the reference point 21 and the laser light emitted from one of the bidirectional laser oscillators 25, and the other of the relay point optical path refractors 36b is a bidirectional laser. The laser beam emitted from the other side of the oscillator 25 is refracted. Relay point optical path refractor located on the reference point side36aIs provided with a relay point light receiver 37 irradiated with laser light emitted from the reference point 21. The relay point light receiver 37 has the same configuration as the reference point light receiver 28.
[0036]
A survey point light receiver 38 is provided at the survey point 23. The survey point light receiver 38 is fixed to, for example, a leading conductor that digs through a tunnel. The survey point receiver 38 has the same configuration as the reference point receiver 28 described above.
[0037]
Between the relay point 22 and the survey point 23, two optical path refractors 39, 39 are provided that refract the optical path by combining a pair of wedge prisms. The optical path refractors 39 and 39 have the same configuration as the reference point optical path refractor 27. On the relay point side of each of the optical path refractors 39, 39, relay-side light receivers 40, 40 to which the laser light emitted from the bidirectional laser oscillator 25 is irradiated are provided. The relay side light receivers 40, 40 have the same configuration as the reference point light receiver 28 described above.
[0038]
The measuring apparatus of the present invention sequentially refracts the laser light emitted from the reference point laser oscillator 26 by the reference point optical path refractor 27 and the optical path refractors 31, 31 so as to reach the relay point 22, and conversely. The laser light emitted from the bidirectional laser oscillator 25 is sequentially refracted by the relay point optical path refractor 36 a and the optical path refractors 31 and 31 so as to reach the reference point 21.
[0039]
  That is, the control device 50a operates the rotation angle of the wedge prism in the reference point optical path refractor 27 so that the laser light emitted from the reference point laser oscillator 26 is emitted.Of the optical path refractor 31 (left side in the figure)The output value of the reference side light receiver 32 is feedback-controlled so that the reference side light receiver 32 is irradiated. Similarly, the control device 50b operates the rotation angle of the wedge prism in the optical path refractor 31, and the laser light emitted from the reference point laser oscillator 26 isOf the optical path refractor 31 (right side in the figure)The output value of the reference side light receiver 32 is feedback-controlled so that the reference side light receiver 32 is irradiated. Further, the control device 50c operates the rotation angle of the wedge prism in the optical path refractor 31 so that the laser light emitted from the reference point laser oscillator 26 irradiates the relay point light receiver 37. Feedback control of output value. In this way, the laser light emitted from the reference point laser oscillator 26 is sequentially refracted by the reference point optical path refractor 27 and the optical path refractors 31 and 31 so as to reach the relay point 22.
[0040]
  On the contrary, the control device 50d operates the rotation angle of the wedge prism in the relay point optical path refractor 36a so that the laser light emitted from the bidirectional laser oscillator 25 is emitted.Of the optical path refractor 31 (right side in the figure)To irradiate the relay-side light receiver 33,thisThe output value of the relay side light receiver 33 is feedback-controlled. Similarly, the control device 50c operates the rotation angle of the wedge prism in the optical path refractor 31, and the laser beam emitted from the bidirectional laser oscillator 25 isOf the optical path refractor 31 (left side in the figure)To irradiate the relay-side light receiver 33,thisThe output value of the relay side light receiver 33 is feedback-controlled. In addition, the control device 50b operates the rotation angle of the wedge prism in the optical path refractor 31 so that the laser light emitted from the bidirectional laser oscillator 25 irradiates the reference point light receiver 28. Feedback control of output value. In this way, the laser light emitted from the bidirectional laser oscillator 25 is sequentially refracted by the relay point optical path refractor 36 and the optical path refractors 31 and 31 so as to reach the reference point 21. As a matter of course, the wedge prism of the optical path refractors 31 and 31 hardly needs to be moved between going and returning.
[0041]
  The arithmetic unit 51 includes a reference point optical path refractor 27,Optical path refractor 31, 31And relay point optical path refractor36aBetween the optical axis 26a of the laser light emitted from the reference point laser oscillator 26 and the optical axis 25a of the laser light emitted from the bidirectional laser oscillator 25 based on the refraction angles θ1 to θ4 of the laser light at The relative angle θ is calculated. The relative angle θ is obtained from the following calculation formula, for example.
[0042]
[Formula 1]
θ = θ1 + θ2 + θ3 + θ4
Further, when the distances L1 to L3 between the optical path refractors are measured, the position of the relay point 22 can also be measured.
[0043]
Similarly to the control devices 50a, 50b, and 50c, the control devices 50e, 50f, and 50g operate the rotation angle of the wedge prism of the relay point light path refractor 36b or the light path refractors 39 and 39, and the survey point light receiver 38 or The output values of the relay-side light receivers 40, 40 are feedback-controlled so that the laser light emitted from the bidirectional laser oscillator 25 automatically reaches the survey point light receiver 38. Then, the computing device 51 calculates the position of the survey point 23 based on the refraction angles θ1 to θ7 of each optical path refractor and the distances L1 to L7 between the optical path refractors.
[0044]
As described above, according to the present invention, the relative angle between the optical axis 26 a of the reference point laser oscillator 26 provided at the reference point 21 and the optical axis 25 a of the bidirectional laser oscillator 25 provided at the relay point 22 is calculated. Therefore, the position of the bidirectional laser oscillator 25 that emits laser light from the relay point 22 toward the survey point 23 and the direction of the laser light can be measured. As a result, even if the distance from the reference point 21 to the survey point 23 is a long distance, the light emitted from the reference point 21 can be relayed and the survey point 23 can be measured with high accuracy.
[0045]
When the center positions of the light receivers 28, 32, 33, and 37 are different from the center positions of the optical path refractors 27, 31, 31, and 36a, the distance between the optical path refractors 27, 31, 31, and 36a is short. There is a slight difference in the optical path between going and returning. When it is desired to measure the relative angle with high accuracy, the refraction angles of the optical path refractors 27, 31, 31, and 36a are measured for each of the going and returning directions.
[0046]
FIG. 4 shows the reference point optical path refractor 27. As described above, the reference point optical path refractor 27, the relay point optical path refractors 36 and 36, and the optical path refractors 31, 31, 39, and 39 all have the same configuration, and the reference point light receiver 28 and the relay point light receiver 37. The survey point light receiver 38, the reference side light receivers 32, 32, and the relay side light receivers 33, 33, 40, 40 all have the same configuration, so that the reference point optical path refractor (hereinafter simply referred to as the prism unit 27) and the reference The configuration of the point light receiver 28 (hereinafter simply referred to as the light receiver 28) will be described as a representative. In the figure, (A) shows a front view of the prism unit 27, and (B) in the figure shows a side view. Each prism unit 27 includes a pair of wedge prisms 13a and 13b. Each prism unit 27 is provided with a light receiver 28. The light receiver 28 includes three to four photoelectric sensors 28a, 28b, 28c, and 28d arranged around the wedge prisms 13a and 13b at a predetermined interval from the center thereof. In addition to the biaxial photoelectric sensor in which four photoelectric sensors are combined, an imaging element such as a CCD camera may be used for the light receiver 28.
[0047]
FIG. 5 shows a cross-sectional view of the prism unit 27. The prism unit 27 includes a cylindrical case 12, a pair of wedge prisms 13a and 13b rotatably provided in the case 12, and a motor as a drive unit that individually rotates the pair of wedge prisms 13a and 13b. 14a and 14b, and encoders 15a and 15b as angle detection units that digitally detect the rotation angles of the wedge prisms 13a and 13b. The motors 14a and 14b and the encoders 15a and 15b are integrated. Further, the wedge prism is covered with a protective glass 16 in order to prevent dust and the like from adhering. The angle detection unit is not limited to the encoders 15a and 15b that detect digitally, but may be a potentiometer that detects analogly.
[0048]
As shown in FIG. 6, the wedge prisms 13a and 13b are prisms in which the second surface 17 of the cylindrical lens is tapered. When the beam enters the first surface 18 of the wedge prisms 13a and 13b perpendicularly, the incident light beam is refracted at a refraction angle δ. Here, the relationship between the refraction angle δ and the wedge apex angle w is expressed by the following equation.
[0049]
[Formula 2]
Figure 0004098950
Here, n is a refractive index.
[0050]
FIG. 7 shows a case where two wedge prisms 13a and 13b are combined. The two wedge prisms 13a and 13b are made of the same material and have the same wedge apex angle w. As shown in this figure, when the two wedge prisms 13a and 13b are arranged close to each other so that the inclined surfaces 19 are parallel, the beam that has passed through the wedge prisms 13a and 13b goes straight in the same way as it passes through the parallel glass. To do. On the other hand, as shown in FIG. 12, by separately rotating the wedge prisms 13a and 13b about an axis parallel to the normal line of the first surface 18, laser light is emitted in an arbitrary direction inside a predetermined pointed cone. Can be refracted (deflected). When the wedge apex angle w is small, the maximum refraction angle at this time is 2δ which is the sum of the refraction angles δ of the two wedge prisms. Therefore, the laser beam irradiates a circle having a diameter of 4δ.
[0051]
A method of calculating the refraction angle and refraction direction when combined from the rotation angles of the two wedge prisms 13a and 13b will be described. The rotation angles of the wedge prisms 13a and 13b are detected by the encoders 15a and 15b, and the refraction angle when combined is calculated by the arithmetic unit 51 (see FIG. 3). The arithmetic unit 51 is composed of a computer having a CPU or the like, and calculates the refraction angle of each prism unit 27 from the rotation angles of the wedge prisms 13a and 13b.
[0052]
As shown in FIG. 9, when laser light is incident on the center line of the wedge prisms 13a and 13b (hereinafter, the wedge prism 13a is referred to as the prism 1 and the wedge prism 13b is referred to as the prism 2), the prism 1 converts the laser light into a refraction angle δ1. The prism 2 further refracts the laser beam at a refraction angle δ2. The rotation angle of the prism 1 from which the refraction angles δ1 and δ2 are obtained is ψ1, and the rotation angle of the prism 2 is ψ2. With reference to the position where the line connecting the thickest part and the thinnest part of the prisms 1 and 2 is horizontal, the rotation angles ψ1 and ψ2 represent angles from this position.
[0053]
Here, since the wedge apex angle w is very small, it is assumed that both δ1 and δ2 are very small in order to simplify the calculation, and that the laser beam is incident on the first surface of the wedge prism 2 vertically. In FIG. 10, the X axis and the Y axis are taken on the plane orthogonal to the laser beam, and the refraction angle δ1 of the prism 1 ((a) in the figure) and the refraction angle δ2 of the prism 2 ((b) in the figure) are vectors. It is displayed. From this figure, the following calculation formula is established for the prism 1.
[0054]
[Formula 3]
Figure 0004098950
Similarly, the following calculation formula holds for the prism 2 as well.
[0055]
[Formula 4]
Figure 0004098950
The combined component δTX in the X direction when the prism 1 and the prism 2 are summed from Expression 2 and Expression 3 is expressed by Expression 5 below.
[0056]
[Formula 5]
Figure 0004098950
Similarly, the composite component in the Y direction is expressed by the following Equation 6.
[0057]
[Formula 6]
Figure 0004098950
Therefore, the synthetic refraction angle δT and the synthetic refraction direction ψT are expressed by the following Expression 7.
[0058]
[Formula 7]
Figure 0004098950
Here, if the difference angle Δψ between the two prisms is Δψ = ψ1-ψ2, δT is expressed by the following equation (8).
[0059]
[Formula 8]
Figure 0004098950
[0060]
By using these calculation formulas, the combined refraction angle δT and the combined refraction direction ψT can be easily calculated from the rotation angles of the two prisms 1 and 2. The refraction angles δ1 and δ2 of the prisms 1 and 2 are kept constant by the prism, and the refraction angles are stored in the computer memory. When the prisms 1 and 2 having different refraction angles are used, a plurality of refraction angles are stored in the memory.
[0061]
As described above, the control devices 50a to 50g operate the respective rotation angles of the pair of prisms 1 and 2 in the prism unit 27, and finally the laser light emitted from the reference point laser oscillator 26 is automatically set. It reaches the survey point light receiver 38. When the laser beam is not at the center of the light receivers 28, 32, 33, 37, 38, and 40, the control devices 50a to 50g rotate the prisms 1 and 2, respectively, with a predetermined algorithm. The prisms 1 and 2 are operated so as to come to the center of 28. The combined refraction angle δT (θ1 to θ7 in FIG. 1) and the combined refraction direction ψT are calculated from the rotation angles ψ1 and ψ2 of the prisms 1 and 2 at this time using the above-described calculation formula.
[0062]
A software servo algorithm executed by the control device so as to bring the laser beam to the center of the light receivers 28 will be described. This software servo controls the rotation angle of the prisms 1 and 2 to feedback control the output values of the light receivers 28 so that the laser light irradiates the centers of the light receivers 28.
[0063]
FIG. 11 shows a flowchart of the algorithm. First, it is determined whether the input level from the light receivers 28 is e1 or more (step S1). In the case of a two-axis photoelectric sensor in which the light receivers 28 are combined with four photoelectric sensors extending in four directions of + X, -X, + Y, and -Y from the center, the output value becomes 0 if the laser beam is at the center. When the input level from the light receivers 28 is less than e1, the rotation angle of the prisms 1 and 2 is not operated assuming that the laser light is at the center of the light receivers 28. When the input level from the light receivers 28 .gtoreq.e1, since the laser beam is not at the center of the light receivers 28, the following processing is performed so that the laser light is at the center of the light receivers 28.
[0064]
First, X0, Y0, and ψT are calculated in the prism coordinate system (step S2). Next, X1 and Y1 are detected in the receiver coordinate system (step S3). As shown in FIGS. 12 and 13, the prism coordinate system is a coordinate system having a point P that extends the prism center line from the prism unit 27 and intersects the plane on the light receiver as the origin, and the light receiver coordinate system is This is a coordinate system with the center of the light receivers 28 as the origin. In FIG. 12 and FIG. 13, the irradiation position of the laser light on the light receivers 28... Is shown in the prism coordinate system, and the v0 vector is shown in the light receiver coordinate system. In order for the laser light to irradiate the center of the light receivers 28..., The v1 vector should be zero. Assuming that the X direction component and the Y direction component of the v0 vector of the prism coordinate system are X0 and Y0, respectively, X0 = δTX × L1, Y0 = δTY × L1 is calculated from the combined refraction angle δT of the prism. Here, L1 is the distance from the prism to the light receiver. ΨT is calculated from the above-described combined refraction direction (step S2). Further, in the photoreceiver coordinate system, X1 and Y1 are detected from the detection values of the photoreceivers 28, and the calculation formula θ1 = tan-1Θ1 is calculated from (Y1 / X1) (step S3). When the accuracy of the light receivers 28 is high and the coordinates X1 and Y1 are obtained with high precision, the combined refraction angle δT is changed so that the prism is operated based on the X1 and Y1 to irradiate the center of the light receivers 28. However, since the accuracy of the light receivers 28 is generally not so high, the following processing is required.
[0065]
ψT and θ1 are compared, and the two prisms are simultaneously rotated while keeping the difference angle Δψ constant in the matching direction, thereby changing ψT (step S4). As shown in FIG. 14, when the two prisms are simultaneously rotated while the difference angle Δψ between the two prisms is kept constant, the v0 vector in the prism coordinate system rotates around the origin P while maintaining the absolute value. To do. When rotation is performed until ψT and θ1 are equal (from the position of the two-dot chain line to the position of the solid line in the figure), the v1 vector and the v0 vector overlap. In step S4, the directions of the v0 vector and the v1 vector are matched. The amount of rotation of the prism once is set to ½ of the difference so as not to vibrate.
[0066]
Next, | v1 | is compared with | v0 |, and the difference angle Δψ is changed so that | v1 | becomes 0 while keeping ψT constant. As shown in FIG. 15, when the two prisms are rotated in the opposite directions by the same amount, the v0 vector in the prism coordinate system changes the absolute value | v0 | while keeping ψT constant. As shown in this figure, when the difference angle Δψ between the two prisms is changed so that | v1 | becomes 0, the absolute value of the v0 vector changes from the position of the two-dot chain line in the figure to the position of the solid line. That is, in step S5, the absolute value of the v1 vector is set to zero. Here, | v1 | = √ (X12+ Y12), | V0 | = L1√ (δTX2+ ΔTY2). It should be noted that the amount of change of the difference angle Δψ once is ½ of the difference so as not to vibrate.
[0067]
Next, it is determined whether or not the amount of change in the difference angle Δψ in step S5 is, for example, 10 ″ or less (step S6). If it is 10 ″ or less, the laser beam is centered on the light receivers 28. Return to the start as irradiating. If it is not less than 10 ″, Steps 2 to 5 are repeated, and the rotation angle of the prism is manipulated so that the v1 vector becomes 0 again.
[0068]
In addition, this invention is not restricted to the above-mentioned embodiment, A various change is possible. For example, in a bi-directional laser, the optical axes do not have to be matched if the optical axis deviation between the two is known in advance. Further, although a plurality of control devices are provided corresponding to the plurality of prism units, one control device may be provided for the plurality of prism units.
[0069]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a bidirectional laser oscillator that emits a laser in both directions is used as a relay device, and the relay device passes through a path opposite to the laser light emitted from the reference point. Since the laser beam emitted from the laser beam is refracted and returned to the reference point, the relative angle between the optical axis of the relay device and the optical axis of the laser beam emitted from the reference point is measured from the refraction angle of the laser beam. Even if the distance from the reference point to the survey point is a long distance, the light emitted from the reference point is relayed and the position of the survey point can be measured with high accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing a propulsion method to which a measuring apparatus according to an embodiment of the present invention is applied.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a deviation of a leading conductor from a planned line.
FIG. 3 is an overall system configuration diagram of the measurement apparatus.
FIG. 4 is a diagram showing a prism unit ((A) in the figure shows a front view, and (B) in the figure shows a side view).
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a prism unit.
FIG. 6 is a sectional view showing a wedge prism.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a combined wedge prism.
FIG. 8 is a perspective view showing a wedge prism that refracts incident light.
FIG. 9 is a diagram showing refraction of incident light in a coordinate system.
FIG. 10 is a diagram showing a refraction angle as a vector ((a) in the figure shows the prism 1, and (b) in the figure shows the prism 2).
FIG. 11 is a flowchart showing an algorithm of software servo.
FIG. 12 is a diagram showing an irradiation position of laser light on a light receiver.
FIG. 13 is a graph showing a prism coordinate system and a receiver coordinate system.
FIG. 14 is a graph showing a prism coordinate system and a receiver coordinate system.
FIG. 15 is a graph showing a prism coordinate system and a receiver coordinate system.
[Explanation of symbols]
13a, 13b wedge prism
14a, 14b Motor (drive unit)
15a, 15b Encoder (Angle detection unit)
21 Reference point
22 Relay point
23 Survey points
25a Optical axis of bidirectional laser oscillator
25 Bidirectional laser oscillator
26 Reference point laser oscillator
26a Optical axis of reference point laser oscillator
27 Reference point optical path refractor
28 Reference Point Receiver
31, 31 Optical path refractor
32,32 Reference side receiver
33,33 Relay side receiver
35 Optical repeater
36a, 36b Relay point optical path refractor
37 Relay point receiver
50a-50d control device
51 arithmetic unit

Claims (9)

基準点と測量点との間に設けられ、基準点から射出されたレーザ光を中継する光中継装置であって、
光軸を合わせて双方向にレーザを射出する双方向レーザ発振器と、
前記双方向レーザ発振器の両側に設けられた、複数のウェッジプリズムを組み合わせてレーザ光を屈折する一対の中継点光路屈折器と、
前記中継点光路屈折器でのレーザ光の屈折を制御する制御装置と
を備え、
前記中継点光路屈折器は、回転自在に設けられた一対のウェッジプリズムと、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部と、前記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部とを有し、
前記中継点光路屈折器の一方は、前記基準点から射出されたレーザ光及び前記双方向レーザ発振器の一方から射出されたレーザ光を屈折し、前記中継点光路屈折器の他方は、前記双方向レーザ発振器の他方から射出されたレーザ光を屈折し、
前記制御装置は、前記中継点光路屈折器の前記一対のウェッジプリズムの回転角度を操作して、前記双方向レーザ発振器の一方から射出されたレーザ光が前記基準点に設けられた基準点受光器を照射するように前記基準点受光器の出力値をフィードバック制御することを特徴とする光中継装置。
An optical repeater that is provided between a reference point and a survey point and relays laser light emitted from the reference point,
A bidirectional laser oscillator that emits a laser in both directions along the optical axis;
A pair of relay point optical path refractors provided on both sides of the bidirectional laser oscillator for refracting laser light by combining a plurality of wedge prisms;
A control device for controlling the refraction of the laser light in the relay point optical path refractor,
The relay point optical path refractor includes a pair of rotatable wedge prisms, a pair of drive units that individually rotate the pair of wedge prisms, and a pair of rotation angles of the pair of wedge prisms. And an angle detection unit of
One of the relay point optical path refractors refracts the laser light emitted from the reference point and one of the bidirectional laser oscillators, and the other of the relay point optical path refractors Refracts the laser beam emitted from the other side of the laser oscillator,
The control device operates a rotation angle of the pair of wedge prisms of the relay point optical path refractor so that a laser beam emitted from one of the bidirectional laser oscillators is provided at the reference point. An optical repeater that feedback-controls the output value of the reference point light receiver so as to irradiate the light.
前記一対の角度検出部のそれぞれの検出値に基づいて前記中継点光路屈折器での屈折角を算出すると共に、この屈折角に基づいて前記双方向レーザ発振器から射出されるレーザ光の光軸と前記基準点から射出されるレーザ光の光軸との間の相対角を算出する演算装置が設けられることを特徴とする、請求項1に記載の光中継装置。 The refraction angle at the relay point optical path refractor is calculated based on the detection values of the pair of angle detection units, and the optical axis of the laser light emitted from the bidirectional laser oscillator based on the refraction angle The optical repeater according to claim 1, further comprising an arithmetic unit that calculates a relative angle between the optical axis of the laser beam emitted from the reference point . 基準点から射出されるレーザ光を中継点で中継して測量点まで届くようにし、前記測量点の位置を計測する計測方法であって、
前記基準点には、レーザ光を射出する基準点レーザ発振器と、この基準点レーザ発振器から射出されるレーザ光を複数のウェッジプリズムを組み合わせて屈折する基準点光路屈折器とが設けられ、
前記中継点には、光軸を略合わせて双方向にレーザ光を射出する双方向レーザ発振器と、前記双方向レーザ発振器の一方から射出されたレーザ光を、複数のウェッジプリズムを組み合わせて屈折する中継点光路屈折器とが設けられ、
前記基準点レーザ発振器から射出されるレーザ光を前記基準点光路屈折器で屈折して、前記中継点まで届くようにし、
前記双方向レーザ発振器の一方から射出されるレーザ光を前記中継点光路屈折器で屈折して、前記基準点まで届くようにし、
前記基準点光路屈折器及び前記中継点光路屈折器でのレーザ光の屈折角に基づいて、前記基準点レーザ発振器から射出されるレーザ光の光軸と前記双方向レーザ発振器から射出されるレーザ光の光軸との間の相対角を算出することを特徴とする計測方法。
A measuring method for relaying laser light emitted from a reference point to a survey point by relaying at a relay point, and measuring the position of the survey point,
The reference point is provided with a reference point laser oscillator that emits laser light, and a reference point optical path refractor that refracts laser light emitted from the reference point laser oscillator in combination with a plurality of wedge prisms ,
The relay point refracts a laser beam emitted from one of the bidirectional laser oscillators by combining a plurality of wedge prisms with the optical axis substantially aligned and bi-directionally emitting laser light. A relay point optical path refractor,
Refracting the laser light emitted from the reference point laser oscillator with the reference point optical path refractor so as to reach the relay point;
Refracting laser light emitted from one of the bidirectional laser oscillators by the relay point optical path refractor so as to reach the reference point;
Based on the refraction angle of the laser light at the reference point optical path refractor and the relay point optical path refractor, the optical axis of the laser light emitted from the reference point laser oscillator and the laser light emitted from the bidirectional laser oscillator A measurement method characterized by calculating a relative angle with respect to the optical axis.
前記基準点には、前記双方向レーザ発振器から射出されるレーザ光が照射される基準点受光器が設けられ、The reference point is provided with a reference point light receiver that is irradiated with laser light emitted from the bidirectional laser oscillator,
前記中継点には、前記基準点レーザ発振器から射出されるレーザ光が照射される中継点受光器が設けられ、The relay point is provided with a relay point light receiver that is irradiated with laser light emitted from the reference point laser oscillator,
前記基準点光路屈折器における前記複数のウェッジプリズムの回転角度を操作して、前記基準点レーザ発振器から射出されたレーザ光が前記中継点受光器を照射するように前記中継点受光器の出力値をフィードバック制御すると共に、The output value of the relay point light receiver is operated so that the laser light emitted from the reference point laser oscillator irradiates the relay point light receiver by operating the rotation angle of the plurality of wedge prisms in the reference point optical path refractor. As well as feedback control
前記中継点光路屈折器における前記複数のウェッジプリズムの回転角度を操作して、前記双方向レーザ発振器の一方から射出されたレーザ光が前記基準点受光器を照射するように前記基準点受光器の出力値をフィードバック制御することを特徴とする、請求項3に記載の計測方法。By operating the rotation angle of the plurality of wedge prisms in the relay point optical path refractor, the laser light emitted from one of the bidirectional laser oscillators irradiates the reference point receiver. The measurement method according to claim 3, wherein the output value is feedback-controlled.
前記基準点と前記中継点との間に、複数のウェッジプリズムを組み合わせて光路を屈折する複数個の光路屈折器が設けられ、
前記光路屈折器には、前記基準点レーザ発振器から射出されるレーザ光が照射される基準側受光器、並びに前記双方向レーザ発振器から射出されるレーザ光が照射される中継側受光器が設けられ、
前記光路屈折器の前記複数のウェッジプリズムの回転角度を操作して、前記基準点レーザ発振器から射出されたレーザ光が前記基準側受光器を照射するように前記基準側受光器の出力値をフィードバック制御し、前記基準点レーザ発振器から射出されたレーザ光が自動的に前記中継点受光器に届くようにすると共に、
前記光路屈折器の前記複数のウェッジプリズムの回転角度を操作して、前記双方向レーザ発振器の一方から射出されたレーザ光が前記中継側受光器を照射するように前記中継側受光器の出力値をフィードバック制御し、前記双方向レーザ発振器の一方から射出されたレーザ光が自動的に前記基準点受光器に届くようにし、
前記基準点光路屈折器、前記中継点光路屈折器及び前記光路屈折器でのレーザ光の屈折角に基づいて、前記基準点レーザ発振器から射出されるレーザ光の光軸と前記双方向レーザ発振器から射出されるレーザ光の光軸との間の相対角を算出することを特徴とする、請求項4に記載の計測方法。
A plurality of optical path refractors are provided between the reference point and the relay point to refract the optical path by combining a plurality of wedge prisms,
The optical path refractor is provided with a reference side light receiver irradiated with laser light emitted from the reference point laser oscillator and a relay side light receiver irradiated with laser light emitted from the bidirectional laser oscillator. ,
By manipulating the rotation angle of the plurality of wedge prisms of the optical path refractor, the output value of the reference side light receiver is fed back so that the laser light emitted from the reference point laser oscillator irradiates the reference side light receiver. And controlling the laser light emitted from the reference point laser oscillator to automatically reach the relay point receiver,
The output value of the relay-side light receiver is operated such that the laser light emitted from one of the bidirectional laser oscillators irradiates the relay-side light receiver by operating the rotation angle of the plurality of wedge prisms of the optical path refractor. Feedback control, so that the laser light emitted from one of the bidirectional laser oscillators automatically reaches the reference point receiver,
Based on the refraction angle of the laser light at the reference point optical path refractor, the relay point optical path refractor, and the optical path refractor, the optical axis of the laser light emitted from the reference point laser oscillator and the bidirectional laser oscillator The measurement method according to claim 4, wherein a relative angle with the optical axis of the emitted laser light is calculated.
前記複数のウェッジプリズムそれぞれの回転角度に基づいて前記基準点光路屈折器、前記中継点光路屈折器及び前記光路屈折器の屈折角を算出することを特徴とする、請求項5に記載の計測方法。6. The measuring method according to claim 5, wherein the refraction angles of the reference point optical path refractor, the relay point optical path refractor, and the optical path refractor are calculated based on rotation angles of the plurality of wedge prisms. . 基準点から射出されるレーザ光を中継点で中継して測量点まで届くようにし、前記測量点の位置を計測する計測装置であって、A measuring device that relays laser light emitted from a reference point to a survey point by relaying it at a relay point, and measures the position of the survey point,
前記基準点には、レーザ光を射出する基準点レーザ発振器と、この基準点レーザ発振器から射出されるレーザ光を屈折する基準点光路屈折器と、前記中継点から射出されるレーザ光が照射される基準点受光器が設けられ、The reference point is irradiated with a reference point laser oscillator that emits laser light, a reference point optical path refractor that refracts laser light emitted from the reference point laser oscillator, and laser light emitted from the relay point. A reference point receiver
前記中継点には、光軸を略合わせて双方向にレーザ光を射出する双方向レーザ発振器と、前記双方向レーザ発振器の一方から射出されたレーザ光を屈折する中継点光路屈折器と、基準点から照射されるレーザ光が照射される中継点受光器とが設けられ、At the relay point, a bidirectional laser oscillator that emits laser light in two directions with the optical axis substantially aligned, a relay point optical path refractor that refracts the laser light emitted from one of the bidirectional laser oscillator, and a reference A relay point receiver that is irradiated with laser light emitted from a point,
前記基準点光路屈折器及び前記中継点光路屈折器のそれぞれは、回転自在に設けられた一対のウェッジプリズムと、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部と、前記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部とを有し、Each of the reference point optical path refractor and the relay point optical path refractor includes a pair of wedge prisms that are rotatably provided, a pair of drive units that individually rotate the pair of wedge prisms, and the pair of wedges. A pair of angle detectors for detecting the rotation angle of each prism;
前記基準点光路屈折器における前記一対のウェッジプリズムの回転角度を操作して、前記基準点レーザ発振器から射出されたレーザ光が前記中継点受光器を照射するように前記中継点受光器の出力値をフィードバック制御すると共に、前記中継点光路屈折器における前記一対のウェッジプリズムの回転角度を操作して、前記双方向レーザ発振器の一方から射出されたレーザ光が前記基準点受光器を照射するように前記基準点受光器の出力値をフィードバック制御する制御装置と、By operating the rotation angle of the pair of wedge prisms in the reference point optical path refractor, the output value of the relay point receiver so that the laser light emitted from the reference point laser oscillator irradiates the relay point receiver And controlling the rotation angle of the pair of wedge prisms in the relay point optical path refractor so that the laser light emitted from one of the bidirectional laser oscillators irradiates the reference point light receiver. A control device that feedback controls the output value of the reference point receiver;
前記基準点光路屈折器及び前記中継点光路屈折器でのレーザ光の屈折角に基づいて、前記基準点レーザ発振器から射出されるレーザ光の光軸と前記双方向レーザ発振器から射出されるレーザ光の光軸との間の相対角を算出する演算装置とBased on the refraction angle of the laser light at the reference point optical path refractor and the relay point optical path refractor, the optical axis of the laser light emitted from the reference point laser oscillator and the laser light emitted from the bidirectional laser oscillator An arithmetic unit for calculating a relative angle between the optical axis of
が設けられることを特徴とする計測装置。Is provided.
基準点と中継点との間に、光路を屈折する複数個の光路屈折器が設けられ、前記光路屈折器は、回転自在に設けられた一対のウェッジプリズムと、この一対のウェッジプリズムのそれぞれを個別に回転する一対の駆動部と、前記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部とを有し、
前記光路屈折器には、前記基準点レーザ発振器から射出されるレーザ光が照射される基準側受光器、並びに前記双方向レーザ発振器から射出されるレーザ光が照射される中継側受光器が設けられ、
前記制御装置は、前記光路屈折器の前記一対のウェッジプリズムの回転角度を操作して、前記基準点レーザ発振器から射出されたレーザ光が前記基準側受光器を照射するように前記基準側受光器の出力値をフィードバック制御し、前記基準点レーザ発振器から射出されたレーザ光が自動的に前記中継点受光器に届くようにすると共に、前記光路屈折器の前記一対のウェッジプリズムの回転角度を操作して、前記双方向レーザ発振器の一方から射出されたレーザ光が前記中継側受光器を照射するように前記中継側受光器の出力値をフィードバック制御し、前記双方向レーザ発振器の一方から射出されたレーザ光が自動的に前記基準点受光器に届くようにし、
前記演算装置は、前記基準点光路屈折器、前記中継点光路屈折器及び前記光路屈折器でのレーザ光の屈折角に基づいて、前記基準点レーザ発振器から射出されるレーザ光の光軸と前記双方向レーザ発振器から射出されるレーザ光の光軸との間の相対角を算出することを特徴とする請求項7に記載の計測装置。
A plurality of optical path refractors that refract the optical path are provided between the reference point and the relay point, and the optical path refractor includes a pair of rotatable wedge prisms and a pair of wedge prisms. A pair of drive units that rotate individually, and a pair of angle detection units that detect the rotation angle of each of the pair of wedge prisms,
The optical path refractor is provided with a reference side light receiver irradiated with laser light emitted from the reference point laser oscillator and a relay side light receiver irradiated with laser light emitted from the bidirectional laser oscillator. ,
The controller controls the rotation angle of the pair of wedge prisms of the optical path refractor so that the laser light emitted from the reference point laser oscillator irradiates the reference side light receiver. Feedback control of the output value of the reference point so that the laser light emitted from the reference point laser oscillator automatically reaches the relay point light receiver and manipulates the rotation angle of the pair of wedge prisms of the optical path refractor Then, feedback control of the output value of the relay-side light receiver is performed so that the laser light emitted from one of the bidirectional laser oscillators irradiates the relay-side light receiver, and the laser beam is emitted from one of the bidirectional laser oscillators. The laser beam automatically reaches the reference point receiver,
The arithmetic device comprises: an optical axis of a laser beam emitted from the reference point laser oscillator based on a refraction angle of the laser light at the reference point optical path refractor, the relay point optical path refractor, and the optical path refractor; The measuring apparatus according to claim 7, wherein a relative angle between the optical axis of laser light emitted from the bidirectional laser oscillator is calculated.
前記演算装置は、前記一対のウェッジプリズムそれぞれの回転角度に基づいて前記基準点光路屈折器、前記中継点光路屈折器及び前記光路屈折器の屈折角を算出することを特徴とする、請求項8に記載の計測装置。The arithmetic unit calculates a refraction angle of the reference point optical path refractor, the relay point optical path refractor, and the optical path refractor based on a rotation angle of each of the pair of wedge prisms. The measuring device described in 1.
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