JPH0588766B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） この発明の分野はレーザ準拠式照準（アライン
メント）機器、特に、レーザを用いて照準視野
（アライメント・フイールド）を発生するシステ
ム、及びこの照準視野を検出してレーザ発信器か
ら離隔した位置において正確な照準表示を与える
一つ以上の受信器である。

（背景技術） 米国特許第3588249号に開示されたもののよう
な従来のレーザ準拠式照準システムにおいては、
円柱状のレーザビームを軸の周りに360゜回転させ
て照準視野を確立している。近傍にある離隔した
受信器はこのレーザビームを掃引されるときに検
出して、それらがレーザ視野に整列させられたと
きに可視又は可聴の表示を与える。この回転ビー
コン技法は長い距離範囲について優れた結果を提
供するが、所望量の確度でこの技法を実現するた
めの機械的及び光学的構造物の費用が比較的高
い。加えて、ビームがその検出器に当たる前に受
信器を照準視野を通して移動させることがあるの
で、照準視野を捜し出すことが比較的困難であ
る。

レーザで照準視野を発生するための別の技法は
円柱状レーザビームを円すい面に導くことであ
る。レーザビームは円すい面によつて分離され、
そして各部分は円すいから直接90度の角度で反射
されて、360゜にわたつて円すい面から半径方向外
方へ延びた連続したレーザ照準面を発生する。こ
の技法は回転機構を必要としないで済むが、任意
の一方向に導かれるレーザエネルギーは全ビーム
エネルギーのほんのわずかな部分である。その結
果として、同じ感度を持つ受信器を使用した場合
には機器の使用距離が相当に減小する。もちろ
ん、レーザビームはこの損失を相殺するように増
大させることができようが、レーザ装置を大きく
すると費用、寸法及びエネルギー消費量が増大す
るので、この技術の費用上の利点の大部分が失わ
れる。又、政府の規則により、作業場において使
用することのできるレーザのエネルギーレベルが
厳しく制限されている。

レーザ発信器は、建設場所で使用されるときに
は、それの発生するレーザ視野の水平位置を決め
るために精密に調整されることのできる三脚又は
その他の構造物に取り付けられるのが普通であ
る。受信器は建設作業員によつて運ばれるか又は
土移動用機器に取り付けられて広面積にわたつて
使用される。そのような作業員又は機器操作員
は、レーザ照準視野が水平位置外れになつた場合
には直ちに警告を受けなければならない。これ
は、例えば、風の強い日に又は大形の機器がレー
ザ発信器の近くで操作されているときに発生する
ことがある。

（発明の概要） この発明は、発信レーザエネルギーを振幅変調
してシステムの有効距離範囲を増大させ且つ情報
が受信器に送られることを可能にしたレーザ照準
システムに関係している。受信器は、変調された
レーザエネルギーを変調周波数の情報成分を含む
電気信号に変換するための光検出器、情報成分以
外の電気信号成分を抑制するためのフイルタ、情
報成分を増幅するための増幅器、及び情報成分の
レベルが事前選択レベルに達したときに操作員に
対する表示を与えるための装置、を備えている。
この発明の別の局面においては、変調されたレー
ザエネルギーは事前選択の事象が生じたときに事
前設定の繰返し率で発信器によつてバルス化さ
れ、且つ受信器は変調されたレーザエネルギーに
おける脈動を検出してその事象が生じたことの表
示を与える検出器を備えている。

この発明の一般的目的はレーザ照準システムの
距離範囲を増大することである。レーザエネルギ
ーを選択された周波数で変調することによつて、
受信器は、太陽、作業灯、街灯及び火のような他
の源によつて発生された放射エネルギーを排除す
るように同調されることができる。その結果、信
号対雑音比を相当に改善することができ、従つて
受信器において一層大きい増幅度を得ることがで
きる。

この発明の別の目的は、水平位置外れのような
事象が発信器において生じたときに各受信器にお
ける操作員が直ちに警告を受けるようになつてい
るレーザ照準システムを提供することである。こ
れは発信器における状態を検出して変調されたレ
ーザエネルギーをパルス化することによつて行わ
れる。各受信器は、変調されたレーザエネルギー
の受信パルスの持続時間を測定して必要なパルス
持続時間が検出されたときに操作員に対する可視
又は可聴表示を与える検出回路を備えている。

この発明の更に別の目的は、照準レーザビーム
又は基準円すいのエネルギー中心を検出する受信
器を提供することである。受信器は、二つの並置
されたテーパ状の光検出器、及び各光検出器に入
射する変調されたレーザエネルギーによつて発生
された信号をフイルタし且つ増幅するための別別
のチヤネル、を備えている。二つの信号のピーク
レベルが測定され且つ比較されて、これらの大き
さが実質上同じであるときには、正確な照準の表
示が発生される。

この発明の更に別の目的は、レーザの実効エネ
ルギーレベルを増大させることなくレーザ照準シ
ステムの距離範囲を増大させることである。レー
ザ装置によつて発生されたエネルギーの振幅変調
は、実効エネルギーレベルを増大させることなく
それの周期的ピーク値を増大させることを可能に
する。受信器は、この周期的ピーク振幅の値を測
定するために変調周波数と同期させられたピーク
レベル検出器を備えた自動相関器を使用してい
る。

この発明の更に別の目的は、発信器が正しく水
平配置されていないときを検出することである。
これは、発信器内に取り付けられていてレーザか
らの反射エネルギーを受ける光検出器によつて行
われる。発信器が水平でない場合には反射エネル
ギーが光検出器に当たらないので、水平位置外れ
信号が発生される。

この発明の前述及びその他の目的及び利点は次
の説明から明らかになるであろう。説明において
は添付の諸図面が参照されるが、これはこの発明
の一部分を形成しており、この発明の採択実施例
を図解のために示したものである。しかしなが
ら、この実施例は必ずしもこの発明の全範囲を示
していないので、この発明の範囲を解釈するため
には特許請求の範囲の欄に記載の各項を参照する
べきである。

（実施例） 特に第１図及び第２図について述べると、この
発明のレーザ照準（アラインメント）システムは
発信器１及び一つ以上の受信器２からなつてい
る。発信器１は三脚３のような剛性の構造物上に
支持され、そして受信器２は建設場所で方方運ば
れて必要なときに使用される。発信器１にはレー
ザ装置が収容されていて、このレーザ装置は、発
信器１から半径方向外方へ全方向に可干渉性（コ
ヒーレント）放射線を放出することによつて形成
され、非平面基準円すいの形をした照準視野
（Alignment field）を発生する。発信器１が水平
であるときには、この基準円すいは、大地の曲率
のために円すいに沿つた各点が大地面から等距離
であるように十分な量において水平から下傾して
いる。それは約８分の５インチの厚さを持つてい
る。発信器１の機械的及び光学的構造の更に詳細
な説明については、1985年10月18日に出願され
た、「レーザ照準システム用自動水準式発信器
（Self Leveling Transmitter for Laser
Alignment Systems）」という名称の同時出願係
属中の米国特許出願第788800号を参照すればよ
い。

特に第２図について述べると、受信器２は比較
的小形の手持ち式装置であつて、液晶表示装置
（LCD）５及び光検出器モジユール６を支持した
成形プラスチツク製ケース４を備えている。
LCD５には三つの区分７〜９があつて、これら
は受信器が基準円すいの上方、基準円すい、又は
基準円すいの下方のいずれかに配置させたことを
操作員に指示するために別別に生かさせることが
できる。光検出器モジユール６は一対の腕部１０
及び１１間に回転可能に取り付けられており、従
つて一対の光電池１２及び１３を発信器１の方へ
向けるために種種の位置に配置されることができ
る。光電池１２及び１３の面はテーパが付けられ
ていて発信器１によつて発生されたエネルギーを
受信するための三角形状の領域を形成している。
以下で更に詳細に説明されるように、ケース４の
切欠き部が基準円すいに精密に整列させられたと
きには、二つの光電池１２及び１３によつて発生
された信号は同じ大きさを持つている。受信器１
が基準円すいのわずかに下に配置されたときに
は、上方の光電池１２によつて発生された信号は
下方の光電池１３によつて発生されたものよりも
大きい。それが基準円すいのわずかに上に持ち上
げられたときには、上方の光電池１２がより大き
い信号を発生する。これら二つの信号の相対的大
きさはどのLCD区分７〜９が生かされるべきか
を決定するために使用される。

受信器２には他の表示装置がある。受信器には
可聴周波変調器１５があつて、これは受信器２が
基準円すいにおけるエネルギーを検出すると音響
を発生する。可聴表示器１６は基準円すいが水平
になつていないことを発信器が表示したときに生
かされる。そして最後に、受信器がオンにされる
と可聴表示器１７が生かされ、又電池電圧が事前
設定値より下に低下すると表示器１８が生かされ
る。

特に第３図について述べると、発信器回路はレ
ーザダイオード２０に電流を供給し、このレーザ
ダイオードは一連のレンズ、反射器及び減衰流体
を通して可干渉性の紫外放射線を放出して非平面
の基準円すいを発生する。レーザダイオード２０
は、これによつて放出されたエネルギーのレベル
を検出するために配置された光感知性ダイオード
２１と共にパツケージされている。このエネルギ
ーは電流調整器２２によつて制御されるが、これ
はダイオード２０及び２１の接合部につながつて
おり、制御端子２３に加えられる電流指令信号に
応答してレーザダイオード２０を流れる電流のレ
ベルを制御するものである。

電流調整器２２は閉ループパワーレベル制御回
路の一部分を形成しており、この回路には又演算
増幅器２４及びパワーレベル基準回路２５が含ま
れている。パワーレベル基準回路２５は一定の基
準電圧を発生し、これは演算増幅器２４の非反転
入力に加えられ、又演算増幅器２４の反転入力に
はレーザダイオード２０によつて放出されている
エネルギーのレベルを示す帰還電圧が加えられ
る。この帰還電圧は光感知性ダイオード２１によ
つて発生されて帰還抵抗２６を通して加えられ
る。回路２５によつて発生された基準電圧は、増
幅器２４における帰還電圧と組み合わされたとき
に電流調整器２２に対して指令信号を発生してそ
のためにレーザダイオード２０から所望のパワー
レベルが得られるようになる値に事前設定されて
いる。一般的には、このパワーレベルは適用され
る政府規則の下で許される最大実効パワーレベル
に設定されており、従来のシステムにおいてはこ
のパワーは連続的に発生される。

この発明の一つの特徴は、レーザダイオード２
０が発生する調整された実効パワーレベルを増大
させることなくそれによつて発生されるピークパ
ワーを増大させることである。これはレーザダイ
オード２０のエネルギーレベルを変調することに
よつて行われる。更に明確には、変調発振器３０
がダイオード３１を通して電流調整器２２の制御
端子２３に接続されている。変調発振器３０は50
パーセントの衝撃係数（デユテイ・サイクル）を
持つた方形波電圧波形を発生する。この変調波形
は電流調整器２２をその指令されたレベルにおい
て交互にオンにし又完全にオフにする。変調発振
器３０は三つのスイツチ３２〜３４の一つを閉じ
ることによつて選択可能である三つの周波数
（7.8KHz、8.0KHz、8.2KHz）のいずれか１つを発
生する。以下の説明においてはこの変調周波数は
8KHzとして言及されるが、同じ場所に配置され
た他の類似の発信器と干渉しないように他の二つ
の周波数の一つを任意の施設において使用するこ
とができる。

発信器の主な目的は非平面基準円すいの形をし
た照準視野を発生することである。これを行うた
めに、操作員が機器の水平を手動で調整すること
ができるようにする機構が設けられている。そし
て、前掲の同時出願係属中の米国特許出願に記載
されたように、機器が完全な水平位置の角度10分
内に持つて来られると、自動水平配置装置が最終
の調整を行う。この水平位置が常時維持されるこ
とが無論肝要であり、もし水平位置外れの照準を
あてにして整地又は建設作業が進められた場合に
は相当な損害が生じることがある。

水平位置の維持は保証され得ないが、この発明
は水平位置外れ状態の即時表示を与える。再び第
３図について述べると、水平位置外れ検出回路４
０が発信器１に設けられていて、この回路は発信
器１がその自動水平配置機構の範囲内にないとき
には線４１及び４２に水平位置外れ信号を発生す
る。線４１上の信号は、発光ダイオード４４を駆
動するのに適した信号を発生する駆動器回路４３
に入力される。発光ダイオード４４は水平位置外
れ状態が検出されて発信器１の近傍で作業してい
る者に可視表示が与えられたときに生かされる。

水平位置外れ状態は又受信器２を使用している
操作員にも表示される。これはレーザダイオード
２０によつて発生されたエネルギーを更に変調す
ることによつて行われる。更に明確には、2.68ヘ
ルツ発振器４５及びスイツチングトランジスタ４
６を通して演算増幅器２４の非反転入力に結合さ
れている。水平位置外れ信号が線４２上に発生さ
れると、この方形波は増幅器２４に加えられて電
流制御回路を2.68ヘルツの繰返し率で繰り返して
オンオフする。以下で説明されるように、この状
態は各受信器２で検出されて可視表示が発生され
る。

やはり第３図について述べると、水平位置外れ
状態を検出するための多くの方法が存在する。こ
の発明の一採択実施例においては、二つの光検出
器ダイオード６０及び６１が発信器１内に取り付
けられていて、レーザダイオード２０によつて放
出されたエネルギーが円すい面からそれらへと反
射される。この円すい面は発信器１が水平である
ときには両方のダイオード６０及び６１に入射す
るエネルギーのリングを発生する。水平位置外れ
のときには、円すい面がダイオード６０及び６１
に対して揺れるので、エネルギーのリングも又移
動する。その結果として、ダイオード６０又は６
１の一方又は両方は水平位置外れ状態の発生時に
は電流を発生しない。水平位置外れ検出器のこの
局面の更に詳細な説明については、この出願に援
用される前掲の同時出願係属中の米国特許出願を
参照すればよい。

この発明の第２の採択実施例においては、単一
の光検出器ダイオード６０が発信器１内に取り付
けられており、レーザダイオード２０により放出
されたエネルギーはそれに収容された水平配置用
円すいの底部に形成された平面状の面から反射さ
れる。発信器が水平位置外れである場合には、こ
の反射エネルギーは光検出器ダイオード６０の面
に当たらず、従つてそれは電流を発生しない。

各光検出用ダイオード６０及び６１によつて発
生された電流は演算増幅器６２によつて増幅され
且つフイルタされて、演算増幅器６３において基
準電流と比較される。十分なエネルギーがダイオ
ード６０及び６１に入射しているときには、増幅
器６３の出力は低電圧であつて、これは演算増幅
器６４に入力される。演算増幅器６４はこれの正
帰還のために負の電源電圧に飽和する。両増幅器
６４ａ及び６４ｂの出力が低い場合には、一対の
スイツチングトランジスタ６５及び６６にはベー
ス電流が与えられないのでそれらはオフにされ
る。他方、不十分なエネルギーがいずれかの光検
出器ダイオード６０又は６１に入射している場合
には、それの関連の演算増幅器６４ａ又は６４ｂ
の出力は高電圧に飽和させられるので、スイツチ
ングトランジスタ６５及び６６にはベース電流が
供給される。その結果、線４１及び４２上に水平
位置外れ信号が発生されてこの状態は前述のよう
に操作員に表示される。もちろん、ただ一つの光
検出器ダイオード６０が前述のように使用されて
いる場合には、光検出器ダイオード６１に関連し
た回路部は必要とされず、演算増幅器６４ａの出
力はスイツチングトランジスタ６５及び６６を動
作させるのに十分である。

発信器１によつて発生されるエネルギーを図解
した波形は第５図に示されている。波形７０は正
常動作状態下でレーザ照準基準円すいにおいて発
生されるエネルギーを図解しており、又波形７１
は水平位置外れ状態が存在するときに発生される
脈動エネルギーを図解している。技術に通じた者
には明らかなはずであるが、水平位置外れ状態以
外の情報は、レーザ照準基準円すいに投影される
エネルギーに符号化することができる。又、他の
手法を用いて情報を符号化することもできる。

特に第４図について述べると、各受信器２はレ
ーザ照射基準円すいの精密な位置を検出し且つ表
示するための回路部を備えている。各光電池１２
及び１３には別個の信号チヤネルが設けられてい
るが、各チヤネルにおける共通の素子に同じ参照
番号を用いて説明される。光電池１２又は１３に
よつて発生された信号は帯域フイルタ１００の入
力に加えられる。インダクタ１０１は帯域フイル
タ１００の両入力端子間に接続されていて、入力
信号の直流分及び低周波数交流分を分路する低イ
ンピーダンス路を与えている。帯域フイルタ１０
０は8KHz変調周波数を中心とする狭い帯域の信
号成分を通過させる。それは又これらの信号成分
に対して増幅を与え、従つて、周囲光及び雑音エ
ネルギーによつて発生された信号は照準基準円す
いにおけるエネルギーによつて発生された信号に
対して相当に低減される。

帯域フイルタ１００の出力は増幅器１０２に加
えられる。受信器２は発信器１から種種の距離で
使用することができるので、変調されたレーザエ
ネルギーによつて発生された信号の強度は相当に
変化することになる。従つて、増幅器１０２の利
得を自動利得回路（AGC）１０３によつて自動
的に切り換えて適当な量の増幅を与えるようにす
ればよい。第６図の波形１０４によつて示された
ように、増幅器１０２の出力は、変調周波数にお
いて零ボルトと正の電圧との間で揺れる電圧であ
る。この正電圧の大きさは光電池１２又は１３に
入射するレーザエネルギーに比例している。増幅
器１０２の利得は飽和値へ駆動されないように調
整される。

再び第４図について述べると、増幅器１０２の
出力は、破線１０５で示されている自動相関器回
路に加えられる。自動相関器１０５にはアナログ
スイツチ１０６があつて、これは制御線１０７を
通して受信された論理信号によつて8KHz信号と
同期してオンにされる。その結果、8KHz信号の
レベルはそのピーク値で標本化される。スイツチ
１０６の出力側にあるRCフイルタ１０８は8KHz
信号の標本値に続く比較的一様な電圧レベルＶを
維持する。アナログスイツチ１０６を同期的に動
作させる制御信号は第６図に波形１０９として示
されており、又自動相関器１０５の出力は破線１
１０で示されている。

以下において更に詳明に説明されるように、自
動相関器１０５ａ及び１０５ｂの出力側における
電圧レベルVa及びVbはAGC回路１０３に加え
られて、ここで加え合わされて、増幅器１０２ａ
及び１０２ｂにおいて必要とされる利得を決定す
るのに使用される。これらの同じ信号、Va及び
Vbは又比率比較器回路１１１に加えられて、こ
こでそれらの相対的大きさが比較される。

比率比較器１１１はレーザ照準基準円すいに対
する受信器２の位置を決定して四つの出力線１１
２〜１１５の一つに、対応する論理レベル信号を
発生する。これらの信号は高度復号器１１６に加
えられて、これにより、受信器２が照準基準円す
いの下にある（LO）が、照準基準円すいの高さ
にある（ON）か、又は照準基準円すいの上にあ
る（HI）かを指示する論理レベル信号に変換さ
れる。これらの信号は可能化信号が制御線１２０
上で受信されたときにそれぞれの出力１１７〜１
１９において発生される。

三つの高度復号器出力信号（LO，ON及びHI）
は可聴周波駆動器回路１２１、LCD駆動器回路
１２２、及び一組の三つの遠隔バツフア１２３に
加えられる。可聴周波駆動器回路１２１は異なつ
た周波数を持つた三つの可聴周波信号を受けて、
これらのうちの一つをそれぞれの信号LO，ON
及びHIに応答して可聴周波変換器１５に加える。
同様に、LCD駆動器１２２はそれらの同じ信号
に応答してLCD表示素子７，８又は９の一つを
生かし、又遠隔バツフア１２３はそれらの信号を
規整してこれが導線１２４を通して遠隔配置の表
示器モジユールに送られるようにする。

受信器２の位置を表示し且つ操作員が照準基準
円すいの中心を見いだすのを助けるために他の多
くの方法及び装置を使用し得ることは明らかなは
ずである。加えて、高度復号器１１６によつて発
生された信号は、受信器２をレーザ照準基準円す
い内に自動的に維持し且つ建設機器におけるブレ
ード又はその他の土移動用器具の高さを自動的に
制御するサーボ機構の一部分として使用すること
ができる。

やはり第４図について述べると、受信器２は、
増幅器１０２ａ及び１０２ｂの出力側に発生され
た8KHz信号を検出してこの信号に「ロツク」さ
れるまでレーザ照準基準円すいの存在を表示しな
い。この検出及びロツクを行うために、これらの
信号は演算増幅器１３０の入力に結合されてい
て、この増幅器において加え合わされて位相同期
ループ回路１３１に入力される。自走状態にある
ときには位相同期ループ１３１はその出力１３２
に500KHz信号を発生し、そしてこれは分割器と
して動作する計数器１３３によつて8KHz信号に
低減される。計数器１３３は又、二つの端子１３
４又は１３５のいずれかを接地することによつ
て、その出力１３６における周波数を7.8KHz又
は8.2KHzに設定して、これらの代替的変調周数
で動作させられる。発信器の使用を可能にするよ
うに変更することができる。

計数器１３３の出力は位相同期ループ１３１の
比較器入力に帰還させられ、そして演算増幅器１
３０からの入力信号が同じ周波数及び位相を持つ
ているときには、位相同期ループ１３１はその入
力信号にロツクされて計数器出力１３６において
対応する同期した信号を発生する。この同期した
信号は第６図に波形１３７として示されており、
移相回路１３８に加えられるが、この移相回路は
位相が90度偏移した類似の波形１３９を発生す
る。

移相回路１３８は、第２位相同期ループ１４０
及び演算増幅器１４１をも含んでいる直角位相検
出装置の一部分を形成している。移相回路１３８
の出力は演算増幅器１３０からの受信信号と比較
され、そして位相同期ループ１４０の出力１４２
にはそれらの瞬時位相差に比例した電圧が発生さ
れる。この電圧はそれらの信号が同相であるとき
には零であり、又それらの信号が90度位相外れで
あるときには最大値である。この電圧出力が最大
値にあるときには、それは第１位相同期ループ１
３１が変調されたレーザエネルギーにより発生さ
れた8KHz信号にロツクされているという表示で
ある。演算増幅器１４１は電圧比較器として動作
して、それが発生したときには論理的な高い「ロ
ツク」信号を発生する。位相同期ループ１４０の
出力は瞬間的な信号がロツク表示を発生しないよ
うにするために演算増幅器１４１の入力側にある
RCフイルタ１４３によつて平均化される。

位相同期ループ１３１が8KHz信号にロツクさ
れると、計数器１３３の出力がパルス発生器１５
０に加えられ、そしてこのパルス発生器はアナロ
グスイツチ１０６ａ及び１０６ｂを同期的に動作
させる制御信号を線１０７上に発生する。演算増
幅器１４１によつて発生された「ロツク」信号は
Ｊ−Ｋフリツプフロツプ１５１のセツト端子に加
えられ、そしてこのフリツプフロツプはセツトさ
れて、NANDゲート１５２を通して高度復号器
１１６のための可能化信号を発生する。それゆ
え、8KHz信号が検出されると、位相同期ループ
１３１が同期信号の発生を始め、この信号がパル
ス発生器１５０によつて使用されて同期レベル検
出器１０５ａ及び１０５ｂを適当に動作させる。
従つて、「ロツク」信号が発生されて高度復号器
１１６が可能化される時点までには、正確な位置
情報が表示のために利用可能である。

8KHz信号が失われると、位相同期ループ１３
１が自走状態になつて、演算増幅器１４１によつ
て発生された論理的高「ロツク」信号が終了され
る。Ｊ−Ｋフリツプフロツプ１５１は計数器１３
３の出力に現れる次のパルスによつてリセツトさ
れ、そして高度復号器１１６が不能化され、従つ
てその後の可聴又は可視表示は与えられない。こ
の自走状態は、増幅器１０２ａ及び１０２ｂによ
つて発生された信号中に8KHz変調周波数が再び
検出されるまで継続する。

直角位置検出回路によつて発生された「ロツ
ク」信号は水平位置外れ検出器１５３への入力と
しても役立ち、且つ線１５８を通して遠隔表示器
モジユールに加えられる。「ロツク」信号はゲー
ト１５４によつて反転されて、8KHz照準面レー
ザエネルギーが2.68Hzの繰返し率でバルス化され
ているときを検出するために使用される。前に説
明されたように、これは発信器１が水平位置外れ
であること及び照準情報が使用されるべきではな
いことを示している。これが生じると、水平位置
外れ検出器１５３の出力１５５が低状態に駆動さ
れ、そしてこれにより水平位置外れ表示器１６が
生かされて操作員にその状態を警告する。更に、
NANDゲート１５２が制御線１５６により不能
化されて、高度復号器１１６及びこれが制御する
表示用装置が水平位置外れ状態の持続時間中動作
不能にされる。

水平位置外れ状態を指示する「ロツク」信号は
第５図に波形１５７として示されている。以下で
詳細に説明されるように、適当な持続時間の二つ
の連続したロツク外れ表示が水平位置外れ状態の
報知のために必要とされる。この状態は、受信器
２が二つの連続した2.68Hzのサイクルより長い期
間の間ロツクされ又はロツク解除されたときに終
了する。

特に第４図及び第７図について述べると、帯域
フイルタ回路１００は、集積回路の形態で市販で
入手可能な五つの演算増幅器１７０〜１７４から
なつている。増幅器１７０は、200ないし20000ヘ
ルツの範囲の周波数応答を持ち且つ8KHz変調周
波数での25の利得を持つた前置増幅器として動作
する。増幅器１７１は9KHz遮断周波数を持つた
低域フイルタであり、又増幅器１７２は5.7KHz
の遮断周波数を持つている高域フイルタである。
増幅器１７３は4.3KHzの遮断周波数を持つた高
域フイルタとして接続されており、又増幅器１７
４は8KHz変調周波数のまわりの狭帯域の周波数
に対して２の利得を与える。

可聴周波数範囲において増幅を与え且つ帯域フ
イルタリングを与えるための多くの回路が技術上
知られていることは明らかなはずである。しかし
ながら、8KHz変調周波数の選択はそれほど明ら
かでない。作業場所で見られ且つ屋外で使用され
る多くの螢光灯は振幅変調された光エネルギーを
発生することが発見されている。この変調された
周囲光の大きさは約4KHzにおいて急速に低下し
始め、8KHzにおいては比較的わずかなものとな
る。更に、8KHzは低費用且つ容易に入手可能な
線形集積回路部品の周波数範囲内に十分入つてい
る。

特に第４図及び第８図について述べると、
AGC回路１０３は三つの演算増幅器１８０〜１
８２を中心として構成されている。増幅器１８０
はレベル検出器１０５ａ及び１０５ｂによつて出
力された二つの信号Va及びVbを加え合わせるよ
うに動作する。これらの信号の和が0.48ボルト未
満であるならば、演算増幅器１８２の出力が論理
的高電圧に上昇し、又それらの和が1.2ボルトよ
り大きいならば、演算増幅器１８１の出力が論理
的高電圧に上昇する。増幅器１８２の出力は増幅
器１０２ａ及び１０２ｂの利得を減小させるアツ
プ計数線を駆動し、又増幅器１８１の出力は増幅
器１０２ａ及び１０２ｂの利得を増大させるダウ
ン計数線を駆動する。

やはり第８図について述べると、増幅器１０２
ａ及び１０２ｂにはそれぞれ４ビツト・アツプ／
ダウン二進計数器１９０があつて、これはそれぞ
れのNANDゲート１９１及び１９２を通してア
ツプ及びダウン制御線によつて駆動される。計数
器１９０は一組の四つの抵抗１９３につながつて
おり、そしてこれらの抵抗は利得抵抗１９４と並
列に接続されている。利得抵抗１９４は帰還抵抗
１９５との組合せで動作して演算増幅器１９６の
利得を決定する。計数器１９０がその最大計数値
にあるときには、増幅器１０２の利得はその最小
値である１である。計数器１９０は16段階で累進
的にカウントダウンされて、抵抗１９４と並列に
抵抗１９３を累進的に加えて、これにより利得を
その最大値まで累進的に増大させることができ
る。計数器１９０はANDゲート１９１及び１９
２に加えられた500Hzクロツク信号に同期してカ
ウントアツプ又はダウンされる。

特に第４図及び第９図について述べると、比率
比較器１１１は四つの演算増幅器２００〜２０３
を中心として形成されており、これらの増幅器は
その差動入力においてそれぞれの信号Va及びVb
を受けるように接続されている。増幅器２００〜
２０３は電圧比較器として動作させられ、それら
の非反転入力に接続された抵抗回路網の値はそれ
らの状態を切り換えさせる入力電圧の比Va／Vb
を確立する。電圧Va及びVbがほぼ同じであると
きには、すべての増幅器の出力は論理的低電圧に
おいて飽和させられる。電圧Vaの大きさがVbよ
り小さくなるにつれて、第１しきい値が達成され
て（Va／Vb＝0.866）、このしきい値においては
演算増幅器２０１の出力１１３が論理的高電圧に
駆動される。比Va／Vbが減少し続けるならば、
第２しきい値が達成されて（Va／Vb＝0.75）、
このしきい値においては演算増幅器２００の出力
１１２が論理的高電圧に駆動される。同様に、電
圧Vaの大きさがVbの大きさより上に増大するな
らば、まず増幅器２０２の出力１１４が論理的高
電圧に上昇し（Va／Vb＝1.133）、次に増幅器２
０３の出力１１５が上昇する（Va／Vb＝1.25）。

出力１１２〜１１５に発生した信号は高度復号
器１１６における四つのＤ形フリツプフロツプ２
０５〜２０８にクロツクで送り込まれる。30Hzク
ロツクがこの目的のために使用される。一組の五
つのNANDゲート２０９〜２１３はフリツプフ
ロツプ２０５〜２０８の出力につながつており、
それらのゲートの出力は一組の三つのNORゲー
ト２１４〜２１６によつて組み合わされて三つの
出力信号「LO」，「ON」及び「HI」を発生する。
これらの三つの出力信号は可能化線１２０が前述
のように論理的高電圧にあるときに線１１７〜１
１９に送られる。

受信器２の採択実施例にレーザ照準面に対する
位置の三状態表示を与えているだけであるけれど
も、五状態表示がNANDゲート２０９〜２１３
の出力において得られることは明らかなはずであ
る。この付加的な情報は、例えば、掘削機のブレ
ードなどの高度を制御するためのサーボ機構と関
連して受信器２が使用される場合に有効であろ
う。

特に第４図及び第１０図について述べると、水
平位置外れ検出器１５３には計数器２２０があつ
て、8KHz変調レーザエネルギーが失われるたび
ごとにリセツトされる。前述のように、この状態
は線２２１の信号によつて表示される。こ
の信号の反転したものは又8KHz信号が再び検出
されたときに二つのＪ−Ｋフリツプフロツプ２２
２及び２２３をクロツクするのに使用される。計
数器２２０は62Hzクロツク信号によつて進めら
れ、そして8KHz信号の終了から100ミリ秒後に第
１出力２２４が論理的高レベルになつてＲ−Ｓフ
リツプフロツプ２２５をセツトする。フリツプフ
ロツプ２２５は計数器２２０の出力が論理的高レ
ベルになつてから170ミリ秒後にリセツトされる。
計数器２２０はフリツプフロツプ２２５との組合
せで動作して、8KHz信号の喪失の100ミリ秒後か
ら270ミリ秒後まで続く時間窓を規定する。8KHz
信号がこの時間窓の期間中に再確立された場合に
は水平位置外れ状態を表示することができる。こ
の事象はＪ−Ｋフリツプフロツプ２２２にクロツ
クで送られて、8KHz信号が再び失われた後に同
じ順序が繰り返された場合には、Ｊ−Ｋフリツプ
フロツプ２２３がセツトされて水平位置外れ状態
が出力１５５及び１５６において表示される。Ｒ
−Ｓフリツプフロツプ２２５の動作は第５図に図
解されている。実線２２７で表示された波形は
「ロツク」信号１５７によつてリセツトされたと
きのＲ−Ｓフリツプフロツプ２２５を示してお
り、又破線２２８は窓の全範囲を示している。

水平位置外れ状態は8KHz信号が2.68Hzの繰返
し率で受信されて失われるかぎり維持される。こ
の繰返し率が１サイクルの期間中維持されない場
合には、Ｊ−Ｋフリツプフロツプ２２２はリセツ
トされるが、Ｊ−Ｋフリツプフロツプがセツトさ
れたままであるので、水平位置外れ表示は維持さ
れる。しかしながら、この繰返し率が二つの連続
した2.68Hzサイクルの間失われた場合には、Ｊ−
Ｋフリツプフロツプ２２３も又リセツトされるの
で、水平位置外れ表示は終了される。

当業者には明らかなはずであるが、ここに開示
された個別回路部品の多くの注文若しくは半注文
の集積回路として実現することができ、又は、そ
れらの回路部品の行う機能は適当にプログラムさ
れたマイクロコンピユータで実行することができ
る。これら及びその他の変形は特許請求の範囲の
欄の各項に定義されたこの発明の精神から外れる
ことなく可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を使用したレーザ照準システ
ムの絵図である。第２図は第１図のシステムに使
用された受信器の平面図である。第３図は第１図
のシステムに使用された発信器の電気的概略図で
ある。第４図は第１図のシステムに使用された受
信器の電気的概略図である。第５図は第１図のシ
ステムにおいて発生される信号の図式表示であ
る。第６図は第４図の受信器において発生される
信号の図式表示である。第７図は第４図の受信器
の一部分を形成する帯域フイルタの電気的概略図
である。第８図は第４図の受信器の一部分を形成
する増幅器及びAGC回路の電気的概略図である。
第９図は第４図の受信器の一部分を形成する比率
比較器及び高度復号器回路の電気的概略図であ
る。第１０図は第４図の受信器の一部分を形成す
る水平位置外れ検出器の電気的概略図である。 これらの図面において、１は発信器、２は受信
器、５は液晶表示装置、６は光検出器モジユー
ル、１２，１３は光電池、１５は可聴周波変調
器、１６，１７は可視表示器、２０はレーザダイ
オード、２１は光感知性ダイオード、２２は電流
調整器、２５はパワーレベル基準回路、３０は変
調発振器、４０は水平位置外れ検出回路、６０，
６１は光検出器ダイオード、６２，６３，６４は
演算増幅器、１００は帯域フイルタ、１０３は自
動利得回路、１０５は自動相関器、１１１は比率
比較器、１１６は高度復号器、１３１は位相同期
ループ回路、１３８は移相回路、１４０は第２位
相同期ループ回路、１４１は演算増幅器、１５３
は水平位置外れ検出器を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ レーザから導かれたエネルギーの形態をした
   照準視野を発生するための発信器、及びこの照準
   視野の存在を検出してレーザエネルギーの大きさ
   に比例した電気信号を発生するための受信器を備
   えたレーザ照準システムにおいて、 レーザを変調周波数でオンオフするための前記
   の発信器における変調装置、 前記の変調周波数以外の周波数の前記の電気信
   号における諸成分を制御するための前記の受信器
   における帯域フイルタ、 フイルタされた電気信号を受けてこれにおける
   変調周波数信号の大きさを示すレベル信号を発生
   するためのレベル検出器装置、及び 前記のレベル信号の大きさが予め設定された値
   に達したときに使用者に表示を与えるための、前
   記のレベル検出器装置に結合された表示器装置、
   を備えているレーザ照準システム。 ２ 前記の発信器が、 発信器における事象の発生を検出して事象信号
   を発生するための装置、 事象信号を受け且つこれに応答して変調周波数
   より低い周波数の脈動率でレーザをオンオフする
   ための装置、を備えており、且つ 前記の受信器が、 変調周波数成分信号が脈動率で振幅を変える時
   点を決定し且つこれに応答して事象検出信号を発
   生するための、帯域フイルタに結合された事象検
   出器装置、及び 事象検出信号が発生されたときに事象の発生の
   使用者に対する表示を与えるための、前記の事象
   検出器装置に結合された第２表示器装置、を備え
   ている特許請求の範囲第１項に記載のシステム。 ３ 照準視野が、レーザエネルギーを発信器から
   半径方向外方へすべての方向において同時に導く
   ことによつて形成された非平面基準円すいであ
   る、特許請求の範囲第１項に記載のシステム。 ４ 受信器が、 変調周波数の信号成分の存在を検出し且つこれ
   に応答して受信器が照準視野に配置されたことを
   示すロツク信号を発生するための、帯域フイルタ
   に結合されたロツク用装置、 を備えている、特許請求の範囲第１項に記載のシ
   ステム。 ５ ロツク用装置が、ロツク信号が発生されない
   ときに使用者に対する表示を禁止する、特許請求
   の範囲第４項に記載のシステム。 ６ ロツク用装置が、変調周波数の範囲の周波数
   で動作する位相同期ループを備えている、特許請
   求の範囲第４項に記載のシステム。 ７ ロツク用装置が、ロツク信号を発生する周波
   数を変えて異なつた変調周波数を使用する発信器
   について使用され得るようにするための装置を備
   えている、特許請求の範囲第４項に記載のシステ
   ム。 ８ レベル検出器装置が、フイルタされた電気信
   号を変調周波数と同期して周期的に標本化するた
   めに検出器装置によつて使用される同期信号を発
   生するための装置を備えた自動相関器である、特
   許請求の範囲第１項に記載のシステム。 ９ 検出器装置が、周期的標本を受け且つこの標
   本の大きさに実質上対応する電圧を発生すること
   によつて前記のレベル信号を発生するための回路
   装置を備えている、特許請求の範囲第８項に記載
   のシステム。 １０ 変調周波数が４キロヘルツより大きい、特
   許請求の範囲第１項に記載のシステム。 １１ 視野における放射エネルギーが選択された
   変調周波数で振幅変調されているレーザ照準視野
   の位置を捜し出すための受信器であつて、 レーザ照準視野における放射エネルギーに感応
   し且つ表面に入射する放射エネルギーに大きさが
   比例した電気信号を発生する光検出器、 光検出器からの電気信号を受けるように結合さ
   れており且つ変調周波数における信号成分の大き
   さが他の周波数における信号成分の大きさに対し
   て増大されているフイルタされた電気信号を発生
   する帯域フイルタ回路、 フイルタされた電気信号を受けてこれにおける
   変調周波数信号成分の大きさを示すレベル信号を
   発生するためのレーザ検出器装置、及び レベル信号の大きさが事前設定値に達したとき
   に表示を与えるための、レベル検出器装置に結合
   された表示器装置、 を備えている受信器。 １２ 変調周波数が４キロヘルツより大きい、特
   許請求の範囲第１１項に記載の受信器。 １３ 表示器装置が、レベル信号が前記の事前設
   定値に達して受信器がレーザ照準視野に配置され
   たときに使用者に対する可視表示を与える、特許
   請求の範囲第１１項に記載の受信器。 １４ レベル検出器装置が、フイルタされた電気
   信号の大きさを変調周波数に対応する率で周期的
   に標本化する自動相関器である、特許請求の範囲
   第１１項に記載の受信器。 １５ 自動相関器がフイルタされた電気信号を標
   本化する率を複数の変調周波数の一つに手動で変
   更することができる、特許請求の範囲第１４項に
   記載の受信器。 １６ 第１光検出器に近接して配置された第２光
   検出器、この第２光検出器からの電気信号を受け
   るための第２帯域フイルタ回路、及びこの第２帯
   域フイルタ回路からのフイルタされた電気信号を
   受けるための第２レベル検出器を備えており、且
   つ表示器装置が、 前記のレベル検出器装置の両方からのレベル信
   号を受けてこれらの信号の相関的大きさを比較
   し、これらの大きさが実質上等しいときにはON
   信号を、前記のレベル信号の一方が前記のレベル
   信号の他方よりも実質上大きいときにはLO信号
   を、且つ又前記のレベル信号の他方が前記の一方
   のレベル信号よりも実質上大きいときにはHI信
   号を発生するための比率比較器、及び それぞれのON，LO及びHI信号に応答して別
   別に生かされる三つの素子を持つた表示装置、 を備えている、特許請求の範囲第１１項に記載の
   受信器。 １７ 前記の各光検出器の面がテーパ状になつて
   いる、特許請求の範囲第１６項に記載の受信器。 １８ 変調周波数を持つた前記のフイルタされた
   電気信号における信号成分の存在の表示を受ける
   ように結合されており且つこの変調周波数信号成
   分が事前設定された率でオンオフされるときに事
   象検出信号を発生するように動作することのでき
   る事象検出器装置、及び 事象検出信号が発生されたときに事象の発生の
   存在についての使用者に対する表示を与えるため
   の、前記の事象検出器装置に結合された第２表示
   器装置、 を備えている、特許請求の範囲第１１項に記載の
   受信器。 １９ 変調周波数が約８キロヘルツであり且つ事
   前設定された脈動率が約2.68ヘルツである、特許
   請求の範囲第１８項に記載の受信器。