JPS6249209A - 線状レ−ザ−光点発振器を有する距離計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔差業上の利用分野〕 この発明は、トンネル掘削断面の測定装置に関するもの
である。

〔従来の技術〕

この出願人は、先にトンネル掘削断面を測定する場合に
用いて好適な第９図ない］−第７ノ図に示すトンネ／ｌ
−掘削断面の辿］定力法お・よびその装置を提供した（
特願昭５９−１９０６１３）。

図中符号１は基台を示し、この基台１は水準器２を備え
、そり、て三１３１４１３上のｘｙステージ４１てセッ
トされて、その三脚３上の水平面内にて位＋ｉ調整可能
となつ゛〔いる。この基台１には、１）−ザー距離計５
の筒、状本体６が、水平とされｔこその軸線を中心とし
゛Ｃ回転自在に保持され′Ｃいも。筒状本体６（（は、
その軸線方向に沿って撮像器７、し、−デー発温器８、
および反り」機構９が直列に備えられている。レープ−
発振器８は、セットボルト１０によって筒状本体６内に
セットされて、反射機構９姓向けてレーザー光を発射し
、亡１−１て反射機構９は、そのレーザー芳、を固定ミ
ラー１１．によって、筒状本体６の軸線の直角方向に反
射すると共に、その反射光の光路に対して進退自在の可
動反射ミラー１２を備えた構成とされている。この可動
反射ミラー１２は、それが第１／図実線で示すように回
動されたときには反射光の光路から退き、またぞれが同
図中点線で示すように回動されたときには、筒状本体６
の軸線を含む１つの平面内（この平面は、筒状本体６が
第９図に示すような回転状態にあるときは垂直平面とな
る）において、レーザー光の反射角を可変できるように
備えられている。

前記撮像器７は、ネジ１３を支軸と１．、て揺動自在に
備えられていて、筒状本体６の軸線と、固定ミラー１１
から反射するレーザー光線とを含むように、それらの画
線によって規定され不）一平面内（この平面は、筒状本
体６が第９図に示ず１５な回転状態にあるときに垂直平
ｆａ１となる）において揺動自在となっている。この撮
像器７　＋Ｃは第１０図（／ｌ：示すようりで、複数の
）討ト１”、、、　Ｌ／メントが第１ｉ′横に一次元的
ｆ並べられてβ次ノ［、固体撮像ソ・；子とされた）２
トセンザー　１４と、レンズ１５カリ＋ｂ牙られていて
、前記反射機構９の固定ミう−１１から反射されたレー
ザー光の投射スポットを、レンズ１５を通し２てツメ１
−十ンザー１４−トげ映１−．　Ｌｌｌ　１．．１、そ
してこのフメト＋ンザ　１４＋における映像位置に当た
るフ」１・手しメントが電気信号を出力するよう（（な
っている、。

一力、筒状本体６にはリンクギア１６がＩＩ′〈めイ・
ｊけられ、ぞしてこのリンクギア１６は、ギア１７、つ
λ〜ムホイーΔ１８、ウオーム１９してよってステッピ
ングモー　タ２０に、連結されてい゛（、このステッピ
ングモータ２０によ一″）て、筒状本体６がイーの軸線
を中心として例えば、〜０ずつの所定角度ずつ回転され
るようになっている。なお、第７図中符−弓２１はスデ
ッピ〉′クモータ用ドライバを示し、また筒状本体６０
周部には、その回転角度を表示する分度目盛２２が付さ
れている。

〔発明が順′決１２ようとする問題点〕ところが、上記
従来のトンネル掘削断面の測定装置に訃いては、次に挙
げるような欠点があった。

（１）　　Ｌ／−ザー発振器Ｋ　ＩＩ　ｅ　−Ｎ　ｅガ
ス１．′−ザーを用いていたため装置ｔｔ全全体大型な
ものとなる。

（２）　　レーザー光を反射させる反射機構を用いるこ
とから反射されたレーリー光がミラー屈折により誤差を
生じる。

Ｇ）　投射されるレーザー光がスポットであるため、撮
像器のフ刈トセンサー上にイｉＷ実に結像さぜろのが回
灯である。

この発明は上記事情に鑑みてなされたもので必り、装置
全体を小型載置化し、ミラー屈折による誤差をなくすた
め反射機構をな（＋＝、レーザー光が撮像器のフォトセ
ンザー上に確実に結像する縁状レーザ光点発振器を有す
る距離針を提供することを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、レーザー発振器に半導体レーザー発振器を
使用シフ、この半導体レーザー発振器の前方に半導体レ
ーザー発振器から発振されたレーリ′−光を集光するコ
リメータレンズ、おＪ′びＡ＋＋記レーし−光をｉ＆線
的Ｑτ拡散させるシリンドリカ刀・レンズを焦点調整可
能に装着［、て前ｄ謂ＩＸ１題点な解決している。

〔実施例〕

以）、この発明の一実施例を図面を参照し、て説明する
。゛まず、この発明による線状１ノ一ザ〜光点発振器を
有する距離計（以下、「レーザー距離用」と略称する）
Ｋついて説明する。

第１図において符号３０はｌ／−ザー距離口にあり、３
１は基台である。基台３にでは水準器３２が備オられて
いる。基台３１は５、第り図に示すように、三脚３３上
のｘｙステージ３４にセン）・されており、三脚３３上
の水Ｙ面内において位置調整可能とされている。また、
基台３１には装置本体３５が、水平とされたその軸線を
中心として回転自在に保持されている。装置本体３５に
（ｊ′、その軸線方向に沿って一端部Ｋ　１．、／−ザ
ー発振装置３６が、他端部に撮像器３７がそれぞれ設置
されている。

し／−リ゛−発振装置Ｍ　３　ｃｉ目８、第一図、第、
７図に示−−Ｊ’　ＩＬ５に、装置本体３８とその内部
υ（固定さ７団？、＝プレス−１−グ：３Ｇ）と、半導
体レーソ゛−発振器４０とから１つ１１おり１．！１′
導体レーザー発振ｉ（：４４０の先端部には半導体１ノ
ー　ず−発振）；に４０から発振されたレーザー光６′
合焦１１＋！−６ためのＩ」リメータレンズ４■と、そ
のレー　リ′−光を直上４的に」人数さするためのシリ
ソドリ力ルし／アズ６４２どが取伺けられている。

一フｊ撮像器３７１ｔ、ネ・ヅ４３を支軸どり、、　’
−ｃ　４ｒ＋♂動自在１・・Ｃ備えらＪじτ二↓、・り
装置本体３５の４１＋線と半導体し〜　リ°−発振器４
０から発振さＪｉ、イ〕レ−リ“−光線とを含むよう圧
、−亡れらの両線にＪ゛つ゛（規宇される一平面内（こ
のＹ−而は鼓ｆｉ′１”、本体３５がｌ’ｌ’；　７図
し看示ずような回転状態Ｃ′こ」）・シときに型口１甲
面とｌろ）Ｋおい”（’ｈｉｉ動自在店・さオ］゛（［
いイ：１ｏ・−の撮像、４７３７には、第り図、第Ａ図
、第ｆｆ！％ｌＫ示す上うに複数の）第１・、：Ｉ：１
／メントが一列に並べられ゛Ｃ１−’ｒ元固体撮像素了
−とさ！し１．゛−ライン士ツリー４４と、レンズ４５
がｉｌｍえらノ１ている。また、撮像器：３７（、（は
、撮像器３７の映像出力を取り出１て演舞処理するため
の演算処、、理装置４６が抜けされている。

さらに、装置ａ本体３５罠はりングギャ４７が嵌め付け
られて訃り、このリングギヤ４７は、ギア４８、ウメー
ムポイール４９、ウオーム５（Ｉｃよってステッピング
千−夕５１１□−こ連結されている。

このステツビソグモータ５ｊは、装置本体３５るグその
軸線を中心とし”Ｃ１例えば９パずつの所定角度テ回転
””−Ｆ　６　Ｌ　ウＫ　’１）−（イＺ＞、　ｉ　ラ
に、　基ａ　３１、の−・端９　Ｋ　Ｉｔ’−３、スデ
ツビング］−−−タ用ドライバ５２が設けられ“（おり
、すた、装置本体３５の局部番・コは、その回転角ＩＷ
を表示する分度目盛５３が伺された構成とされている。

次に、Ｌ記のようｉ７構成され大工１・／−ザー距離計
３０の撮像器３７と半導体レーリ゛−発振器４０との光
学的、な関係を第り図、第、９図を用いて説明する。

装置本体３５の中心１４１１線と半導体レーザー発振器
４０の中心軸線との交点なレーザー光発射点Ｐ１とり５
、ここから装置本体３　！ｉの軸線力向に距離１）だけ
、゛また、半導体レーザー・発振器４０の軸線フッ向に
ＷＬ軸ＶＷだけ離れた撮像器３７のし・ンズ４５σ〕中
心を規準点Ｐ２々１．．　゛ｔ’パイ、−のｌノ−チー
光発射点１）１からの１ノーシ゛−・、”Ｉ’Ｊ／にｌ
・ンネルの彷（削壁面（４当ったときの実（県の投射ス
ポットＰ８を撮像ル’Ａ　３７が規準［１、その投射ス
ポットＰ８の規準角θ十αに応じたライン七ツリー４４
Ｆの位＠ＰＡＫモ・の映像を結び、−ｆ−１−Ｃとの撮
像器３７は、１．／−ザー・光発射点Ｐ１から訪中距離
ｙＯだけ離れた点Ｐｈ１Ｃ対する親、準用４・θとｌ−
、”を二、亡の設定された規準角θに対応１ろ想定の映
像位置Ｐ６と、［）旧１１Ｆ実際の映像位置１）４との
変位置、つ°ま、り規準角の変化−駄α含・映像出力の
変化とり、て出力するよう産η、つてい４）。この撮像
器３７の映像出力【よ演■−処理装！４６に入力され、
イー゛Ｉ−，−Ｃ、ｊ−の演算処理鞍蓚は−その人力信
号に基づき後述ｆ７ｉ１、う′ｆＪ：二角測二角測面−
１：式によってレーザー光発射点Ｐ１から実際の投射、
ベボツ）Ｐａ−までの距離ｙをｌ？ｔ　１ｔｉ１＋する
。

次に、上記の様シフ構成、”（、ｌ′Ｉ六′ニレーザー
距離１１３０を用い゛（トソトＡ・掘削断面な旧１定Ｉ
Ｚ）方法を簡Ｊｉｉに述ベイ）、。

１ず、第６ぶＩｃ中」くすよう（・「、掘削坑附１面の
設Ｒｔ中）１゛？点ｉ’　ｏ　ｌ’ｌ”対づるレーザー
距離１１３Ｑの据イ・１位置の座標　Ｚ’）　′まり装
置本体３５の軸線の座標ｌ）を所定のワラ法Ｖｌり求め
イ〕。

次に、レーザー光発射点Ｉ’ｌからのレーザー元を掘削
坑壁面に当て、子の投射、・又ボットろ′Ｐ８とし、て
そこを撮像器３７によって規準３る。このときには、す
Ｉ側坑の大きさＵて合＋ｊ′：”Ｃ１予め撮像器３７を
所定の揺動位置６で４−ントＩ９、て、そのう・ｆンセ
ンザー、１４゜上に投射スポットＰａが１央し出ごれる
ようＫ　Ｌ　”（オ（、、Ｌ、、　ｌ；−が−Ｄｉ、撮
像”ｄＩ’ｒ　３７　’＋−Ｘ、Ａｆｔ　：Ｊ　ｌ−た
ようしτ第Ｓ図ＩＣ７）＜　Ｌ、た規準角の変位量α紮
映像出力の変イｌｚとｌて出力」ろ。

次に１演ガ処理４・玄８置４６は、撮＠器３７からの信
月に基づいて、レージ”−光発射点ｌ）１から投射スホ
ツ）Ｐａまでのｒｑｓ離ｙを下式により求めイ〕１、ｙ
ニー■〕　・　−（θ：Ｊｌα）　］−ＥとＩｉで、α
□　ｔ、、Ｉｎ　　”　Ｈ／’　Ｂ　％　　θ−”　ｔ
ａｎ　−’　０’ｏ−Ｅ）／Ｔ）であイ〕。

次に、ステッピングモータ５１によシ装置本体３５を所
定角度づつ回転させて、掘削坑壁面に対とレーザー光発
射点Ｐ１との間の距離ｙを演算処理装置、によって近火
ｎ１測１゛る。これによシ、掘削坑の断面中におけるレ
ーザー光発射点Ｐｖから掘削坑の周壁間の距離を、峰の
１に側坑全周に亘って所定の角度毎に目測する。

したがって、こうした計測値から、レーザー光発射点Ｐ
１を中心とする掘削坑のｈ面形状を知ることができる。

また、−そのレーザー光発射点Ｐ１を中心とする（＾０
削坑の実測断面と、前述した掘削坑〕中心点Ｐｏを中心
とする掘削坑の股引り面とを、それらの中心点Ｐ１．Ｐ
ｏの座標関係から正確に対比させることができる。

そして、例えばコンピュータ処理によって掘削坑の実測
断面および股引断面の図示、およびそ゛れら両断面の対
比による余掘面積や体積の４出などを行うことができ４
）。さらに、その他にもトンネル掘削地山変形駆の目測
や地′）窄洞掘削容檀η出用Ｉ）ＡＴＡＷ＋測等にも利
用するととができ石１、また、このレーザー距離１１３
０において（ｊ１第７図に示ｊようにｌ／−ザー発揚器
に小型１￥［の半導体レーザー発振器４０を使用（５、
し・−ザ２−光をミラー反射機構等を用いず、トンネル
（ξ１１削壁血に向けて直接的圧発振し、さらＧてその
発振さＪｌだＬ］−ブー光をコリメータレンズ４に焦合
さ、１章、焦合［、たｔ／−ブー光をシリンドリカルレ
ンズ４２によって直線的に拡散さゼてトンネル（＾１１
削壁面圧４ぐ射する。次に、、ｌ−ンネル掘削壁面げ一
投射された線状レーザー光５４ば、第ｇ１ツＩＶ（示す
ユ′うに撮像器３７のラインセンサー４４０列に対［−
１て直交し、て結像１−１、投射スボン）Ｐａの変化に
Ｌ６じでラインセンサー４４の上を子のＫさ方向に対［
−５て変位する。

したがって、とのレーザー即刻１泪３０は、装置ね”冷
体を小型軽［Ｉ゛ることがｈｉ　＊ｃと力、す、ライン
セン−！ｊ−４４の」−ハコリメータ１／　？／ズとシ
リンドリカ刀・レンズとでｒｊＪや長さなＵ周整１．プ
、−線状■／−サー光５４を正確に、かつ、確実にライ
ンセンサー４４上に結像させイ）ことができる。

寸た、撮像器３７の撮りｍ素子にラインセンツー４４を
用いているので適用帽ｉ１＋１１長の範囲を長くするこ
とができ、それ（でよってトンネルの断面半径変更に伴
う基準長の設定調整時間を短縮づることかできる。１だ
、大メモリー処理を必要とするエリアセンツーに比べ、
ラインセンサー４４は少メモリー処理で済むため４測時
間が短縮ｂｌ能であると共に、ラインセンサー４４用の
１ンターフエイスは小容彊の安価な市販品で済１すこと
ができる。

〔発明の動床〕

上述した↓うに、この発明による線状レーザー光点発振
器を廟する距＃用は、レーザー発振器に半導体レーザー
発振器を使用し、この半導体レーザー発振器の前方に半
導体レーザー発振器から発振されたレーザー光を集光す
るコリメータレンズおよび前記レーザー光を直線的に拡
散させるシリンドリカルレンズを焦点調整可能に装着し
たものであるので、次に挙げる効果を得ることができる
。

（１）　　レーザー発振器にご１′、、→体し−ザ＝発
振２×を用いたので装有全体を小型軒１１にすることが
できる。

（２）　　レーザー光を反射させる反射Ｐ＆：構を用い
ないのでミラー屈折等を起さずレーザー光が撮像器内に
誤差なく正確に結像さ才１石。

（３）投射されるレーザー光が線状１／−、−ブー光で
あるため、レーザー光を撮像器のラインセンサー上に確
実に結像させることができる。

【図面の簡単な説明】

第７図ないし７第ｇ図はこの発明の一実施例を示す図で
あり、第７図は要部の余１．？ｌＩ！、図、第β図はレ
ーザー発振製画の争１視図、右）、３図（ｊレーザー発
振装置の一部断面をした（ｌｊ１面図、卯１り図、第、
３図はレーザー距離側の光学的万原理を説、明″′ｒ′
Ｚ）ための説明図、第４図はトンネＡ−掘削旧１面内を
レーザー距離側で測定しているところを鯖□明するため
の説明図、第７図はレーザー光を東光ｌ−自線状に拡散
しているところを費、明するための酸、四回、第ｇ図は
線状レーザー光が痺像器内のラインセンザー十に直交す
イ）まうＶｒ精像（〜′−〇いろ状態を示す図、卯７図
は従来のレーザ距μｘａ＝＋の要部のが１祝図、ｍ　７
０図は第９図の側面図、第７）図は第９図の反射機構部
分の説明図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 所定長のレーザー距離計の装置本体を、その軸線回力に
   回転可能に基台に支持し、前記装置本体の一端部側に装
   置本体の軸線と直交する方向にレーザー光を発振可能な
   レーザー発振器を取付け、前記装置本体の他端部側に装
   置本体の軸線とレーザー発振器のレーザー発振方向とで
   規定される面内において揺動可能に撮像器を設け、この
   撮像器に撮像器の映像出力を演算処理する演算処理装置
   を接続したレーザー距離計において、前記レーザー発振
   器に半導体レーザー発振器を使用し、この半導体レーザ
   ー発振器の前方に半導体レーザー発振器から発振された
   レーザー光を集光するコリメータレンズ、および前記レ
   ーザー光を直線的に拡散させるシリンドリカルレンズを
   焦点調整可能に装着したことを特徴とする線状レーザー
   光点発振器を有する距離計。