JP3347035B2 - 光学式偏角測定装置及び地中掘進機の位置計測装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基点とこれと距離
を置いて基点の両側に設定した各地点とをそれぞれを結
ぶ二つの線分の偏角を光で計測する光学式偏角測定装置
と、この光学式偏角測定装置を使用することにより、曲
線経路を掘進する地中掘進機の掘進位置を計測する地中
掘進機の位置計測装置に関するものである。前者の装置
は、地上や地下で行う建設作業にとって特に有用なもの
であって、両者の装置は、産業上、共に建設作業の分野
で利用される。

【０００２】

【従来の技術】地上や地下で建設作業を行う場合、基点
となる地点とこれと距離を置いてその両側にそれぞれ設
定した地点とをそれぞれを結ぶ二つの線分同士の角度関
係を知る必要が生じる。例えば、曲折した道路を施工す
るときには、施工路面の曲折部の角度を知ることが必要
になる。その場合には、曲折部の適所に基点となる計測
地点を設定するとともに、これと距離を置いてその両側
の路面施工区域にもそれぞれ計測地点を設定して、基点
となる計測地点とその両側の各計測地点を結ぶ各線分同
士の角度を測定する。また、地中掘進機でカーブした地
下坑を掘削するには、地中掘進機が計画路線（予め設定
された掘進経路）に沿って正しく掘進しているかどうか
を知るため、その掘進位置を確認しなければならない。
その場合にも、後に詳述するように、基点となる計測地
点とその両側の各計測地点を結ぶ各線分同士の角度関係
を知ることが必要になる。このような基点を頂点とする
両側の線分同士の角度関係を知るには、両線分同士の内
角及び外角の何れを測定してもよく、その角度関係を一
義的に特定できるような角度に関する値が測定できれば
その目的が果たせる。この明細書では、こうした二つの
線分同士の角度関係を特定し得るような角度に関する値
を偏角と称している。

【０００３】建設作業においては、これまで、こうした
偏角を測定するのに、トランシットを用いて計測する方
法が一般的に採用されている。このトランシットによる
偏角の測定方法は、人的能力に依存する方法であるた
め、熟練技術者等人手を要するだけでなく一回の測量時
間が長くなる。また、望遠鏡をヨーイング方向（水平方
向）やピッチング方向（垂直方向）に回動させるための
回動機構を必要とするため、この回動機構に起因して機
械的な計測誤差が生じやすく、高い測定精度を確保する
ことが困難である。さらに、ヨーイング方向やピッチン
グ方向に傾動させるような振動等の外力が作用すると、
こうした外力による計測誤差が生じて計測結果に影響を
及ぼす。

【０００４】ところで、地下坑を掘削しながら地中を掘
進する地中掘進機でカーブする地下坑を掘削する場合に
は、地中掘進機が計画路線に沿って正しく掘進できるよ
うに地中掘進機の掘進位置の計測を行う。この種の地中
掘進機としては、人が入れない小口径の管を地中に埋設
する小口径管推進機、人が入れる大口径の管を地中に埋
設するセミシールド機さらにはシールド掘進機を挙げる
ことができる。こうした地中掘進機の掘進位置の計測を
するには、通常、発進立坑等の地中掘進機の掘進の出発
点となる地点及び地中掘進機内にそれぞれ計測始点及び
計測終点を設定するとともに、地中掘進機の掘進の進展
に応じてこれらの中間に適当数の中間計測点を設定す
る。そして、これらの計測点間の各距離を計測するほ
か、中間計測点と隣接する両側の計測地点を結ぶ各線分
同士の偏角を計測して、これらの計測結果に基づいて地
中掘進機の掘進位置を演算により求めるようにしてい
る。こうした地中掘進機の掘進位置の計測過程で偏角を
計測するときにも、従来、トランシットで計測する方法
が採用されていた。このトランシットによる方法は、前
述したように、一回の測量時間が長く人手を要し、特に
手狭な坑内で測量するときには、測量作業に多大の労力
と危険が伴うことから、この種の地中掘進機の掘進位置
計測技術として、従来、掘進位置の計測の際に、偏角を
トランシットによらないでレーザビームで光学的に計測
する方法を採り入れたものがある。

【０００５】こうした方法を採り入れた地中掘進機の掘
進位置計測技術の代表例として、例えば特開平５ー３４
０１８６号公報に記載された技術を挙げることができ
る。この特開平５ー３４０１８６号公報に記載の技術
（以下「従来の技術」という。）は、「カーブする地下
坑内に設定される後方視準点の前方に、測角機能を有す
るレーザ照準機を設置し、シールド掘進機内に、ミニ反
射プリズムを付設した位置検出素子（光電素子）のター
ゲットを設置するとともに、これらの中間位置には、レ
ーザ照準機からのレーザビームを屈折させ屈折させたレ
ーザビームの方向転角を計測できる距離儀付きのウエッ
ジプリズムを、地中掘進機の掘進の進展に応じて適当数
設置するようにした」ものである。

【０００６】この従来の技術により地中掘進機の掘進位
置を計測するときは、ウエッジプリズムを遠隔操作で回
動させることにより、レーザ照準機からのレーザビーム
を、ウエッジプリズムを介してシールド掘進機内のター
ゲットに常に当てるようにする。そうすると、ウエッジ
プリズムを経由したレーザ照準機からのレーザビームが
ターゲットの位置検出素子に当てられるため、レーザス
ポットの位置が検出されるとともに、ウエッジプリズム
の設置点の偏角がウエッジプリズムの回動量により計測
され、また、各計測点間の距離がウエッジプリズムの距
離儀により計測される。従来の技術では、こうして得ら
れた各計測点間の距離、偏角及びレーザスポットの位置
に基づいて地中掘進機の掘進位置を座標位置により計測
する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この従来の技術に採り
入れられている偏角測定技術は、偏角をレーザビームで
光学的に計測する方法であるため、前述のトランシット
による方法にみられる問題のうち、人手を要して一回の
測量時間が長くなる等の人的能力への依存に起因する問
題は緩和されるものの、回動機構による機械的な計測誤
差や振動等の外力による計測誤差が生じるというような
問題は、依然として解消されない。すなわち、この従来
の技術による偏角測定技術では、収束度の高いレーザ光
であるレーザ照準機からのレーザビームをウエッジプリ
ズムの回動操作により常にターゲットの位置検出素子に
当てるようにするため、ウエッジプリズムを光軸回りに
回動できるようにするための回動機構を必要とする。そ
のため、トランシットによる方法と同様、この回動機構
による機械的な計測誤差が生じやすく高い計測精度を確
保することが困難である。

【０００８】さらに、この従来の技術による偏角測定技
術では、レーザ照準機、ウエッジプリズム又はターゲッ
トにヨーイング方向やピッチング方向に傾動させるよう
な振動等の外力が作用すると、外力による計測誤差が生
じて偏角の計測結果に大きな影響を及ぼす。こうした振
動等の外力は、地上においては、車両の往来や建設工事
による振動さらには風力等によりもたらされ、地中にお
いては地中掘進機のヨーイングやピッチング、さらには
地中掘進機の掘進や地山の崩落による振動等によりもた
らされる。特に、地中掘進機の掘進位置の計測において
は、偏角の計測結果が掘進位置の計測結果に及ぼす度合
いが大きいことに加えて、緩やかなカーブをなす場所の
偏角を計測する機会が多く、偏角を精度よく計測する必
要性が高いことから、回動機構による機械的な計測誤差
や振動等の外力による計測誤差が生じると、地中掘進機
の掘進位置の計測結果に大きな影響を及ぼす。

【０００９】この出願の発明は、こうした従来の技術に
みられる問題を解消するため創作されたものであって、
その技術課題は、偏角を光学的に計測する際に、光を位
置検出素子に当てるための操作を要さず、かつ、振動等
の外力が作用しても計測結果にその影響が及ばない光学
式偏角測定装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のこうした技術課
題は、「基点とこれと距離を置いて基点の両側に設定し
た各地点とをそれぞれを結ぶ二つの線分の偏角を光で計
測する光学式偏角測定装置」を構成する場合、「基点と
これと距離を置いて基点の両側に設定した各地点とをそ
れぞれを結ぶ二つの線分の偏角を光で計測する光学式偏
角測定装置であって、基点の両側に設定した各地点にそ
れぞれ設置され拡散光を発する偏角計測用の光源と基点
に設置される偏角計測用の検出器とからなり、各光源か
らの拡散光の少なくとも一部をそれぞれ集光する共通の
集光手段と、集光手段でそれぞれ集光した各光源からの
光をそれぞれ受光してその受光位置を検出する各位置検
出素子と、集光手段に入射しようとする各光源からの拡
散光の少なくとも一部をそれぞれ透過しかつ集光手段で
集光する各光源からの光をそれぞれ各位置検出素子に導
くように方向転換させる各光方向転換手段とを設け、集
光手段に入射しようとする各光源からの拡散光を遮断し
ない位置に各位置検出素子を配置して、偏角計測用の検
出器を構成し、各位置検出素子での検出結果に基づいて
各光源の光軸同士の偏角を演算により算出できるように
した」ことにより達成される。

【００１１】本発明の光学式偏角測定装置は、このよう
に、基点両側の設定した各地点に設置される偏角計測用
の光源に特に拡散光を発する光源を用いて、拡がりをも
つ光で広い領域を照らせるようにしたこと、さらには、
このことと相俟って、その拡がりをもつ各光源の光を集
光手段で集めて各位置検出素子でそれぞれ受光して受光
位置を検出し、それぞれの検出結果に基づいて各光源の
光軸同士の偏角を求め得るようにしたことにより、偏角
を光学的に計測する場合に、光源にレーザビーム用いる
場合のように光を位置検出素子に当てるための操作を必
要としない。また、偏角計測用の検出器や光源にピッチ
ング及びヨーイング方向の振動等の外力が作用しても、
偏角の計測結果にその影響が及ぶことがなく、さらに
は、検出器や光源を取り付ける際、位置設定さえ正確に
行えば、偏角の計測結果が検出器や光源の取付姿勢に影
響されることもない。さらに、集光手段に入射しようと
する各光源からの拡散光の少なくとも一部をそれぞれ透
過しかつ集光手段で集光する各光源からの光をそれぞれ
各位置検出素子に導くように方向転換させる各光方向転
換手段を設けて、集光手段に入射しようとする各拡散光
を遮断しない位置に各位置検出素子を配置するようにし
たことにより、各光源からの拡散光の集光手段への入射
が各位置検出素子で阻止されることはないので、拡散光
を集めるための集光手段を各光源ごとに設ける必要はな
く、共通化することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、この出願の光学式偏角測定
装置や地中掘進機の位置計測装置に関するそれぞれの発
明が実際上どのように具体化されるのかを示す具体化例
を図１乃至図８に基づいて説明することにより、本発明
の実施の形態を明らかにする。まず、図１乃至図４を用
いて光学式偏角測定装置について説明する。図１は、本
発明の具体化例の光学式偏角測定装置における検出器を
示す斜視図、図２は、偏角を計測する原理を説明するた
めの光学式偏角測定装置の概念図、図３は、図１の検出
器で光源の方向を検出する原理を説明するための概念
図、図４は、本発明の別の具体化例の光学式偏角測定装
置における検出器を示す斜視図である。

【００１３】既に述べたように、光学式偏角測定装置
は、基点とこれと距離を置いて基点の両側に設定した各
地点とをそれぞれを結ぶ二つの線分の偏角を光で計測す
る装置である。ここで基点とは、計測しようとする角度
の頂点の個所に設定する計測点を意味する。この例の光
学式偏角測定装置４は、全体像が図２に図示されてお
り、大別すると、基点の両側に設定した地点にそれぞれ
設置される偏角計測用の各光源４１，４２と、基点に設
置され各光源４１，４２の方向を検出できる偏角計測用
の検出器４１０とからなる。光源４１，４２には、例え
ば発光ダイオードのような拡散光を発するいわゆる点光
源のようなものを用いる。すなわち、レーザビームのよ
うな収束度の高い光線を発するものは用いることができ
ないが、基本的には、微小なエリアから放射状に拡がる
拡散光を発するようなものであれば、設計上、適宜選択
して使用することができる。

【００１４】偏角計測用の検出器４１０について説明す
る。４１１は各光源４１，４２からの拡散光をそれぞれ
集光する両光源４１，４２に共通の集光手段としてのレ
ンズ、４１２−１はこのレンズ４１１で集められた光源
４２からの拡散光を受光しその受光位置を検出する光セ
ンサとしての位置検出素子、４１２−２は、レンズ４１
１で集められた光源４１からの拡散光を受光しその受光
位置を検出する同様の位置検出素子、４１３−１はレン
ズ４１１で集光する光源４２からの拡散光を位置検出素
子４１２−１に導くように光の方向を転換する光方向転
換手段としての反射プリズム、４１３−２はレンズ４１
１で集光する光源４１からの拡散光を位置検出素子４１
２−２に導くように光の方向を転換する同様の反射プリ
ズムである。検出器４１０は、大別すると、これらレン
ズ４１１と位置検出素子４１２−１，４１２−２と反射
プリズム４１３−１，４１３−２とで構成される。

【００１５】各位置検出素子４１２−１，４１２−２
は、各光源４１，４２からレンズ４１１に入射しようと
する拡散光を遮断しない位置に配置することとする。こ
の例では、位置検出素子４１２−１は、その受光面をレ
ンズ４１１の光軸Ｃと直交する方向に向けての側方に配
置し、位置検出素子４１２−２は、その受光面をレンズ
４１１の光軸Ｃと直交する方向に向けて上方に配置して
いる。位置検出素子４１２−１，４１２−２には、フォ
トダイオードをマトリックス状に配置したＭＯＳ型撮像
素子やＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ−Ｄｅｖ
ｉｃｅ）撮像素子等の二次元光センサを用いることとし
ている。また、フォトダイオードの表面抵抗を利用して
光スポットの位置を知ることのできるＰＳＤ（Ｐｏｓｉ
ｔｉｏｎ−Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ−Ｄｅｖｉｃｅ）のよう
なものを用いてもよく、要は、集光レンズで集められた
光を受光しその受光した光の位置を検出できるものであ
ればよく、その種類は限定されるものでない。反射プリ
ズム４１３−１，４１３−２は、レンズ４１１の前後に
配置され、それぞれ、レンズ４１１で集められる光源４
２，４１の拡散光の一部を反射して位置検出素子４１２
−１，４１２−２の受光面に向けるが、光源４１，４２
から入射する拡散光の少なくとも一部を透過させること
ができる。

【００１６】光源４１から発せられる拡散光は、手前の
反射プリズム４１３−１に入射後、その少なくとも一部
が同反射プリズム４１３−１を透過してレンズ４１１で
集光され、しかる後、その背後の反射プリズム４１３−
２で反射されて方向転換をし、位置検出素子４１２−２
上に結像する。同様にして、光源４２からの拡散光は、
その少なくとも一部が手前の反射プリズム４１３−２を
透過してレンズ４１１で集光され、しかる後、その背後
の反射プリズム４１３−１で反射されて位置検出素子４
１２−１上に結像する。このように、反射プリズム４１
３−１，４１３−２を用いることにより、各光源４１、
４２からの拡散光がレンズ４１１に入射するのを阻止し
ない位置に各位置検出素子４１２−１，４１２−２を配
置することが可能となるため、拡散光を集めるための集
光レンズを各光源４１、４２ごとに設けることは要せず
共通化することができる。各位置検出素子４１２−１，
４１２−２では、それぞれ、光源４２，４１からの拡散
光が結像すると、その結像位置すなわち集光した拡散光
の受光位置を検出する。検出器４１０では、その検出結
果に基づいて各光源４１，４２の方向を検出する。

【００１７】そこで、光源４２、４１の方向を検出する
原理につき、位置検出素子４１２−１での検出結果に基
づいて光源４２の方向を検出する場合を例にとり説明す
る。光源４２の方向は、検出器４１０の基準線に対して
光源４２の光軸Ｄ（光源４２とレンズ４１１の中心とを
結ぶ線）のなす角度で表し、ここでは、検出器４１０の
基準線としてレンズ４１１の光軸Ｃ（レンズ４１１の中
心を通りこれに直交する軸線）を選定している。光源４
２の方向を検出する場合には、光源４２の方向の水平方
向の成分（レンズ４１１の光軸Ｃと光源４２の光軸Ｄを
水平面上へ正投影した線同士のなす角度）と垂直方向の
成分（これらの各光軸Ｃ，Ｄをレンズ４１１の光軸Ｃと
平行な垂直面上へ正投影した線同士のなす角度）とをそ
れぞれ検出するが、ここでは説明の便のため、垂直方向
の成分を検出する場合について述べる。位置検出素子４
１２−１には、レンズ４１１の中心を原点とするととも
に、水平方向（左右方向）をＸ軸とし垂直方向（上下方
向）をＹ軸とするＸ−Ｙ平面座標が設定されている。

【００１８】いま、図３に示すように、レンズ４１１と
位置検出素子４１２−１とをＦの間隔で平行に配置して
光源４２から拡散光を発すると、光源４２の拡散光がレ
ンズ４１１により集光されて位置検出素子４１２−１の
面上に結像する。そのときの光源４２の結像点に関する
座標位置のＹ軸方向の成分をＹとし、光源４２の方向の
垂直方向の成分を表す角度をψとすると、角度ψは、次
の（１）で求めることができる。

【００１９】

【数１】

【００２０】前式において、Ｆ，Ｙは何れも既知の値で
あるから、光源４２の方向に関する角度ψは、位置検出
素子４１２−１での受光位置の検出結果に基づいて一義
的に算定することができる。図３には、説明の便のた
め、図２の光学式偏角測定装置におけるレンズ４１１と
位置検出素子４１２−１との配置を模式化してこれらを
Ｆの間隔で平行に配置した状態を示したが、レンズ４１
１と位置検出素子４１２−１とを図２のように配置した
状態において前（１）式により角度ψを求める場合に
は、Ｆの値は、レンズ４１１の光軸Ｃ上を通る光源４２
の光軸Ｄがレンズ４１１に入射後、位置検出素子４１２
−１に到達するまでの過程にたどる距離の総和とみれば
よい。同様にして、光源４１の方向の垂直方向の成分
も、位置検出素子４１２−２での検出結果に基づいて検
出することができる。

【００２１】こうして、光源４１，４２の方向の垂直方
向の成分を検出すると、その検出結果に基づいて各光源
４１，４２の光軸Ｄ同士の偏角の垂直方向の成分（各光
源４１，４２の光軸Ｄをレンズ４１１の光軸Ｃと平行な
垂直面上へ正投影した線同士のなす角度）を算出する。
その算出方法を図２に基づいて説明する。いま、光源４
１の方向を表す角度の垂直方向の成分をφとし、各光源
４１，４２の光軸Ｄ同士の偏角の垂直方向の成分をΦと
する。そして、角度Φ，φ，ψには極性をもたせて、光
源４１，４２の光軸Ｄをレンズ４１１の光軸Ｃに重なる
ように最小の角度で回動させる方向が時計方向であると
きを正、反時計方向であるときを負としている。そうす
ると、偏角Φは、図２から明らかなように、次の（２）
式で求めることができる。 Φ＝φ−ψ…………………（２） この偏角Φの計測値は、図２の上下の図を対比すればよ
く分かるように、検出器４１０が姿勢の変化や振動によ
り上下方向（ピッチング方向）に任意の角度δだけ傾動
して、各光源４１，４２の方向に関する角度がφ，ψか
らφ’，ψ’に変動しても、こうした変動に影響される
ことなく常に一定に保たれる。

【００２２】こうした偏角Φの計測値は、各位置検出素
子４１２−１，４１２−２での検出結果に基づいて、図
示していないコントローラにより演算して算出する。以
上、各光源４１，４２の光軸同士の偏角の垂直方向の成
分Φを求める方法について述べたが、各光源４１，４２
の光軸同士の偏角の水平方向の成分（光源４１，４２の
各光軸を水平面上へ正投影した線同士のなす角度）につ
いても、光源４２の結像点に関する座標位置のＸ軸方向
の成分に基づいて、以上の方法に準じた手法により求め
ることができる。こうして求めた偏角の計測値は、検出
器４１０が姿勢の変化や振動により左右方向（ヨーイン
グ方向）に傾動しても、偏角Φの計測値同様、こうした
傾動に影響されることなく常に一定に保たれる。なお、
この例では、光源４１，４２の光軸同士の偏角を計測す
る場合に、これらの光軸同士の外角を偏角として計測し
ているが、内角を偏角として計測してもよく、要は、光
源４１，４２の光軸同士の角度関係を特定できるような
値を偏角として計測すればよい。この光学式偏角測定装
置で二つの線の偏角を計測するには、測定しようとする
角度の頂点すなわち基点の個所に検出器４１０を設置す
るとともに、二つの線上の任意の個所にそれぞれ光源４
１，４２を設置して既に述べた手法で偏角の垂直方向の
成分Φ及び水平方向の成分を求めればよく、これにより
二つの線の角度関係が特定されて偏角を計測することが
できる。

【００２３】以上述べたように、本具体化例の光学式偏
角測定装置は、偏角計測用の光源４１，４２を、基点の
両側に設定した各地点に設置し、各光源４１，４２に特
に拡散光を発する光源を用いて、拡がりをもつ光で広い
領域を照らせるようにしたこと、さらには、このことと
相俟って、その拡がりをもつ各光源４１，４２の光の少
なくとも一部をレンズ４１１で集めて各位置検出素子４
１２−２，４１２−１でそれぞれ受光して受光位置を検
出し、それぞれの検出結果に基づいて各光源４１，４２
の光軸同士の偏角を求め得るようにしたことにより、偏
角を光学的に計測する場合に、光源にレーザビーム用い
る場合のように光を位置検出素子４１２−１，４１２−
２に当てるための操作を必要としない。また、偏角計測
用の検出器４１０や光源４１，４２にピッチング及びヨ
ーイング方向の振動等の外力が作用しても、偏角の計測
結果にその影響が及ぶことがなく、さらには、検出器４
１０や光源４１，４２を取り付ける際、位置設定さえ正
確に行えば、偏角の計測結果が検出器４１０や光源４
１，４２の取付姿勢に影響されることもない。

【００２４】さらに、レンズ４１１に入射しようとする
各光源４１，４２からの拡散光の少なくとも一部をそれ
ぞれ透過しかつレンズ４１１で集光する各光源４２，４
１からの光を各位置検出素子４１２−２，４１２−１に
それぞれ導くように光の方向を転換させる反射プリズム
４１３−１，４１３−２を設けて、レンズ４１１に入射
しようとする各拡散光を遮断しない位置に各位置検出素
子４１２−１，４１２−２を配置するようにしたことに
より、各光源４１，４２からの拡散光のレンズ４１１へ
の入射が各位置検出素子４１２−１，４１２−２で阻止
されることはないので、拡散光を集めるためのレンズ４
１１を各光源４１，４２ごとに設ける必要はなく、共通
化することができる。これにより、ピッチング及びヨー
イング方向の取付姿勢の変化が生じても、こうしたこと
に影響されず、常に正しい偏角を測定することができ
る。

【００２５】ところで、以上述べた光学式偏角測定装置
は、これを普通に実施すると、レンズ４１１に入射しよ
うとする各光源４１，４２からの拡散光が、それぞれ、
その入射前に、反射プリズム４１３−１，４１３−２で
一部反射されて減少するため、各位置検出素子４１２−
２，４１２−１に導かれる光量が損失する。こうした問
題を解決するように具体化した光学式偏角測定装置を図
４に基づいて説明する。図４の例では、反射プリズム４
１３−１，４１３−２は、反射面に平行方向に振動する
直線方向の光であるＳ偏光の光を反射し、このＳ偏光の
光に直交する方向に振動する直線方向の光であるＰ偏光
の光を透過させる機能を有する偏光光反射素子としての
偏光反射プリズム４１３’−１，４１３’−２によりそ
れぞれ構成している。これらの偏光反射プリズム４１
３’−１，４１３’−２は、図４に示すように、互いに
反射面の方向が直交するように、換言すると、反射面で
反射される光の偏光方向が互いに直交するように配置す
る。

【００２６】一方、これらの各偏光反射プリズム４１
３’−１，４１３’−２の手前には、各光源４１，４２
からの拡散光の偏光特性を変えるための波長板４１４−
１，４１４−２をそれぞれ付設して、レンズ４１１に入
射しようとする各光源４１，４２からの拡散光を、それ
ぞれ、波長板４１４−１，４１４−２を透過させること
により、互いに振動方向の直交する直線偏光の拡散光を
得るようにしている。例えば、各光源４１，４２が円偏
光の光を発する性質をもつ場合には、波長板４１４−
１，４１４−２に１／４波長板を用いてレンズ４１１に
入射しようとする各光源４１，４２からの拡散光を互い
に振動方向の直交する直線偏光の拡散光になるようにす
る。すなわち、各光源４１，４２からの拡散光がそれぞ
れ最初に入射する各偏光反射プリズム４１３’−１，４
１３’−２に対してＰ偏光となるように、１／４波長板
の結晶光軸を、レンズ４１１の光軸Ｃ回りに所定の角度
で設定する（その結果、次に入射する各偏光反射プリズ
ム４１３’−２，４１３’−１に対しては、当然Ｓ偏光
なる。）。また、各光源４１，４２が各偏光反射プリズ
ム４１３’−１，４１３’−２に対してＰ偏光とならな
い直線偏光の光を発する場合には、波長板４１４−１，
４１４−２に１／２波長板を用いて、各光源４１，４２
からの拡散光がそれぞれ最初に入射する各偏光反射プリ
ズム４１３’−１，４１３’−２に対してＰ偏光となる
ように、その１／２波長板の結晶光軸を光軸Ｃ回りに所
定の角度で設定する。

【００２７】以上のように、偏光反射プリズム４１３’
−１，４１３’−２を配置し、波長板４１４−１，４１
４−２を付設したことにより、偏光反射プリズム４１
３’−１では、レンズ４１１に入射しようとする光源４
１からの拡散光を、その光量を損失させることなく透過
させるとともに、レンズ４１１で集光される過程の光源
４２からの拡散光を、位置検出素子４１２−１に導くよ
うに全反射させることができる。同様にして、偏光反射
プリズム４１３’−２では、レンズ４１１に入射しよう
とする光源４２からの拡散光を、その光量を損失させる
ことなく透過させるとともに、レンズ４１１で集光され
る過程の光源４１からの拡散光を、位置検出素子４１２
−２に導くように全反射させることができる。したがっ
て、図４の例によれば、レンズ４１１に入射しようとす
る各光源４１，４２からの拡散光を、その光量を損失さ
せることなく、各位置検出素子４１２−２，４１２−１
に有効に導くことができる。

【００２８】図４では、波長板４１４−１，４１４−２
を設けて、レンズ４１１に入射しようとする光源４１，
４２からの拡散光を各偏光反射プリズム４１３’−１，
４１３ｂ−２に対してＰ偏光になるようにする例を示し
たが、光源４１，４２それ自体を各偏光反射プリズム４
１３’−１，４１３’−２に対してそれぞれＰ偏光の光
を発するものにして波長板４１４−１，４１４−２を設
けないようにしてもよく、要は、レンズ４１１に入射し
ようとする各光源４１，４２からの拡散光を、互いに振
動方向の直交する直線偏光の拡散光になるようにすれば
よい。また、光源４１，４２には、非直線偏光の拡散光
を発するものとして、円偏光のほか楕円偏光の拡散光を
発するものを用いて、波長板４１４−１，４１４−２に
より、最初に入射する偏光反射プリズム４１３’−１，
４１３’−２に対してＰ偏光の直線偏光の拡散光に変え
るようにしてもよい。

【００２９】次に、このような光学式偏角測定装置を使
用することにより地中掘進機の掘進位置を計測する地中
掘進機の位置計測装置につき、図５乃至図８を用いて説
明する。図５は、本発明の具体化例の地中掘進機の位置
計測装置により地中掘進機の掘進位置を計測している状
態の全体像を概略的に示す図、図６は、図５の地中掘進
機の位置計測装置に使用する光学式偏角測定装置をユニ
ット化した例を示す斜視図、図７は、図６の光学式偏角
測定装置を用いて地中掘進機の掘進位置を計測するとき
の態様を部分的に示す斜視図、図８は、図５の地中掘進
機の位置計測装置で地中掘進機の掘進位置を算定する基
本原理を説明するための概念図である。これらの図にお
いて、既に述べた図１乃至図４と同一符号を付けた部分
は、図１乃至図４と同等の部分を表すので詳述しない。
この地中掘進機の位置計測装置は、曲線経路を掘進して
地下坑を掘削する曲線施工用の地中掘進機の掘進位置を
計測するためのものであり、その地中掘進機の掘進位置
の計測に使用する光学式偏角測定装置には、図２に示す
偏角測定装置と同様、拡散光を発する偏角計測用の光源
４１，４２と偏角計測用の検出器４１０と同様の検出器
を設けている。

【００３０】図５乃至図８において、１は地中掘進機の
主要部をなす掘削機、２はシールド掘進機で掘削した坑
道又は管推進機で掘削した管渠等の地下坑、３は地中掘
進機の掘進の出発点となる発進立坑、４００は図６で後
に詳述するユニット状の光学式偏角測定装置、５は各光
学式偏角測定装置４００とそれぞれ通信ラインで接続さ
れ地中掘進機の掘進位置を演算する中央演算処理装置、
６は中央演算処理装置７での演算結果やその演算結果に
基づいて得られる情報をオペレータの操縦の便のために
数値やグラフで表示する表示装置である。掘削機１は、
管推進機及びシールド掘進機等、地下坑を掘削しながら
地中を掘進する地中掘進機の掘削機であれば、何れのも
のでもよい。地下坑２は、管推進機であれば、ヒューム
管、鋼管等の埋設管で坑壁が形成され、シールド掘進機
であれば、鋼製又はコンクリート製のセグメントで鋼壁
が形成される。この地中掘進機の位置計測装置で地中掘
進機の掘進位置を計測する際には、計測の始点となる位
置に始点計測点を、地中掘進機の掘進位置の指標となる
位置に終点計測点を、始点計測点と終点計測点の間に少
なくとも一つの中間計測点をそれぞれ設定する。この例
では、図５に示すように、始点計測点及び終点計測点を
それぞれ発進立坑３及び掘削機１内に設定するとともに
これらの間に中間計測点を多数設定して、これらの各計
測点に、全てユニット状の光学式偏角測定装置４００を
設置した例を示している。

【００３１】そこで、このユニット状の光学式偏角測定
装置４００につき、図６を用いて説明する。この偏角測
定装置４００は、その両側に隣接する二つの偏角測定装
置４００の各検出器に向けてそれぞれ拡散光を発するた
めの光源４１，４２と基点に設置される偏角計測用の検
出器とをケース内に組み込んで一体に構成している。そ
して、この偏角測定用の検出器は、既に述べた図１の検
出器４１０と同様、共通の集光手段としてのレンズ４１
１と位置検出素子４１２−１，４１２−２と光方向転換
手段としての反射プリズム４１３−１，４１３−２とを
設けて構成している。その場合、反射プリズム４１３−
１，４１３−２には、図４で述べたような偏光反射プリ
ズム４１３’−１，４１３’−２を用い、光源４１，４
２には、その直ぐそばの偏光反射プリズム４１３’−
１，４１３’−２に対してそれぞれＳ偏光の拡散光を発
する光源を用いている。したがって、図６において、光
源４１，４２から拡散光を発すると、その拡散光は、そ
れぞれ偏光反射プリズム４１３’−１，４１３’−２の
反射面で反射されて右側、左側に方向転換し、当該計測
点に隣接する左右の隣接計測点に向けて発せられること
となる。

【００３２】これら左右の隣接計測点には、当該計測点
と同様、光学式偏角測定装置４００を設置しているが、
当該計測点の光源４１からの拡散光は、右側の隣接計測
点にある偏角測定装置４００の偏光反射プリズム４１
３’−２に対してＰ偏光の拡散光となり、同様にして、
当該計測点の光源４２からの拡散光は、左側の隣接計測
点にある偏光反射プリズム４１３’−１に対してＰ偏光
の拡散光となる。この例では、光源４１，４２の拡散光
を、特に偏光反射プリズム４１３’−１，４１３’−２
で反射させて隣接計測点に向けるように構成しているた
め、光源４１，４２と偏光反射プリズム４１３’−１，
４１３’−２の反射面との位置関係を適切に定めること
により、光源４１，４２をレンズ４１１の中心位置に配
置したのと等価の構造にすることができる。こうしたレ
ンズ４１１の中心位置に光源４１，４２を設定した光学
式偏角測定装置４００を図５に示すように設置して地中
掘進機の掘進位置を計測する方法を図７及び図８を用い
て説明する。

【００３３】図７は、当該計測点に設置した光学式偏角
測定装置４００（Ｋ）に対し、前後（図７の右、左）の
隣接計測点にある偏角測定装置４００（Ｋ＋１）の光源
４２及び偏角測定装置４００（Ｋ−１）の光源４１から
それぞれ拡散光を発することにより、当該計測点を基点
とした偏角Φを計測して地中掘進機の掘進位置を計測す
るときの態様を示している。こうして構成される地中掘
進機の位置計測装置を図２の光学式偏角測定装置４と対
応させると、偏角測定装置４００（Ｋ）に内蔵された検
出器と偏角測定装置４００（Ｋ−１）の前方側の光源４
１と偏角測定装置４００（Ｋ＋１）の後方側の光源４２
とで図２の光学式偏角測定装置４を構成していることに
なる。ここで、４００（Ｋ）は計測始点からみてＫ番目
の中間計測点に設置した偏角測定装置４００を表し、４
００（Ｋ＋１）及び４００（Ｋ−１）はその前後の偏角
測定装置を表す。また、Ｖ_K は、偏角測定装置４００
（Ｋ−１）と偏角測定装置４００（Ｋ）の基準点同士を
結ぶ直線を、Ｖ_K+1 は、偏角測定装置４００（Ｋ）と偏
角測定装置４００（Ｋ＋１）の基準点同士を結ぶ直線を
表し、この明細書では、こうした直線を見通し線と称す
る。前述したように、これらの偏角測定装置４００（Ｋ
−１），４００（Ｋ），４００（Ｋ＋１）は、光源４
１，４２をレンズ４１１の中心位置に配置したのと等価
の構造をしているので、それらの偏角測定装置の各基準
点は、何れもレンズ４１１の中心に位置する。

【００３４】こうした光学式偏角測定装置４００を図５
に示すように設置して、地中掘進機の掘進位置を算定す
る基本原理を、図８に基づいて説明する。地中掘進機の
掘進位置は、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸からなる３次元座標上におけ
る座標点により求めることとする。そのため、始点計測
点に設置した偏角測定装置４００（０）の基準点を原点
とし、Ｚ軸を地中掘進機の発進方向と一致する水平方
向、Ｘ軸をＺ軸と直交する水平方向、Ｙ軸をＺ軸と直交
する垂直方向に向けた３次元座標が図８に示すように設
定されている。こうした３次元座標上における座標点に
より地中掘進機の掘進位置を計測する場合、ここでは、
説明の便のため、各計測点（各偏角測定装置４００の基
準点）に対応するＹ軸方向の座標位置すなわち垂直方向
の成分を計測する手法を中心に説明する。その説明をす
るに当たり、以下の数式に用いている記号や図面の記号
の意味を示すこととする。

【００３５】Ｖ₀ ；地中掘進機の発進時の発進方向を表
す発進方向線、 Ｖ_N ；偏角測定装置４００（Ｎ−１）と偏角測定装置４
００（Ｎ）の基準点同士を結ぶ見通し線、換言すると、
隣合った偏角測定装置４００（Ｎ−１）と偏角測定装置
４００（Ｎ）間で授受する光の光軸、 Ｇ_N ；偏角測定装置４００（Ｎ）の基準線すなわち偏角
測定装置４００（Ｎ）のレンズ４１１の光軸、 φ_N ；偏角測定装置４００（Ｎ）の基準線Ｇ_N とその前
方の見通し線Ｖ_N+1 とのなす角度のＹ−Ｚ平面上の成分
（基準線Ｇ_N と見通し線Ｖ_N+1 をＹ−Ｚ平面上へ正投影
した線のなす角度）、換言すると、隣接する前方の偏角
測定装置４００（Ｎ＋１）の光源４２の方向を表す角度
の垂直方向の成分、 ψ_N ；偏角測定装置４００（Ｎ）の基準線Ｇ_N とその後
方の見通し線Ｖ_N とのなす角度のＹ−Ｚ平面上の成分
（基準線Ｇ_N と見通し線Ｖ_N をＹ−Ｚ平面上へ正投影し
た線のなす角度）、換言すると、隣接する後方の偏角測
定装置４００（Ｎ−１）の光源４１の方向の垂直方向の
成分を表す角度、 Φ_N ；偏角測定装置４００（Ｎ）の前方の見通し線Ｖ
_N+1 と後方の見通し線Ｖ_N とのなす角度（外角）のＹ−
Ｚ平面上の成分（見通し線Ｖ_N+1 と見通し線Ｖ_N をＹ−
Ｚ平面上へ正投影した線のなす角度）、すなわち、偏角
測定装置４００（Ｎ）の基準点を基点とした偏角Φ、 θ_N ；見通し線Ｖ_N+1 が発進方向線Ｖ₀ に対してなす角
度のＹ−Ｚ平面上の成分（見通し線Ｖ_n+1 と発進方向線
Ｖ₀ をＹ−Ｚ平面上へ正投影した線のなす角度）、 ｌ_N ；偏角測定装置４００（Ｎ）と偏角測定装置４００
（Ｎ＋１）の基準点間の距離、換言すると、見通し線Ｖ
_N+1 の長さ 図８には、始点計測点から終点計測点に至るまでの間に
Ｎ個の偏角測定装置４００を設置した例を示しており、
始点計測点に設置した偏角測定装置４００を４００
（０）、終点計測点に設置した偏角測定装置４００を４
００（Ｎ−１）で表している。これら始点計測点の偏角
測定装置４００（０）と終点計測点の偏角測定装置４０
０（Ｎ−１）との間の地中掘進機の掘進経路には、複数
の中間計測点が地中掘進機の掘進の進展に伴って設定さ
れており、これらの中間計測点には、偏角測定装置４０
０（１）〜４００（Ｎ−２）を、互いに見通すことので
きる適宜の間隔を置いて設置している。また、始点計測
点の偏角測定装置４００（０）は、その基準線Ｇ₀ を発
進方向線Ｖ₀ に一致させるように設置しており、それゆ
え、基準線Ｇ₀ は、Ｚ軸上に位置している。

【００３６】図８の３次元座標上におけるＹ軸方向の地
中掘進機の掘進位置は、最終的には角度θ_N と距離ｌ_N
とから演算により求める。このうち、距離ｌ_N は、既に
知られている適宜の手段で計測するが、角度θ_N は、偏
角測定装置４００で計測される偏角Φ_N から演算により
求める。そこで、角度θ_N を演算する手法を説明する
と、任意のＫ番目の偏角測定装置４００（Ｋ−１）の基
準点を基点とする偏角Φ_K-1 は、次の（３）式で求める
ことができる。 Φ_K-1 ＝φ_K-1 −ψ_K-1 …………………（３） なお、角度φ_K-1 及び角度ψ_K-1 については、見通し線
_K 及び見通し線_K-1 をそれぞれ基準線Ｇ_K-1 に重なるよ
うに最小の角度で回動させる方向が時計方向であるとき
を正、反時計方向であるときを負とするように定めて、
極性をもたせている。

【００３７】そうすると、見通し線Ｖ_K+1 が発進方向線
Ｖ₀ に対してなす任意の計測点における角度θ_K は、次
の（４）式で求めることができる。

【００３８】

【数２】

【００３９】こうして任意の計測点における角度θ_K を
求めることができると、各計測点で求められた角度θ_K
と、地中掘進機の掘進中に逐次計測された各計測点間の
距離ｌ_K とから、３次元座標上におけるＹ軸方向の地中
掘進機の座標位置を演算により求めることができる。す
なわち、任意の偏角測定装置４００（Ｋ−１）の基準点
に対する偏角測定装置４００（Ｋ）の基準点のＹ軸方向
座標位置の変化量は、ｌ_K-1 ・ｓｉｎθ_K-1 として求め
ることができるから、図８における偏角測定装置４００
（Ｎ−１）の基準点（掘削機１内に設定した終点計測点
Ｐ）のＹ軸方向の座標位置は、Σｌ_K-1 ・ｓｉｎθ_K-1
（Ｋ＝１〜Ｎ−１）の式を演算することにより求めるこ
とができる。この終点計測点Ｐの始点計測点Ｏに対する
相対位置をＺ軸方向の成分とともに総括的に数式で表す
と、次の（５）式で表すことができる。

【００４０】

【数３】

【００４１】なお、前式において、ｉ² ＝−１とし、Ｚ
_p は終点計測点ＰのＺ軸の座標点、ｙ_p は終点計測点Ｐ
のＹ軸の座標点を意味する。このように、地中掘進機の
掘進位置は、始点計測点Ｏに対する終点計測点Ｐの相対
位置を演算手段で演算して計測され、その演算は、この
例では中央演算処理装置１０で行われる。以上、地中掘
進機の掘進の進展に伴って設定された各計測点に対応す
るＹ軸方向の座標位置を計測する手法について述べた
が、Ｘ軸方向の座標位置についても以上に準じた手法で
演算により計測することができる。

【００４２】以上述べた地中掘進機の位置計測装置にお
いて、各計測点に設置した偏角測定装置４００（０）〜
４００（Ｎ−１）のうち、始点計測点Ｏに設置した偏角
測定装置４００（０）において、前方の光源４１は、図
２の光学的偏角測定装置４の偏角計測用の光源を構成す
る要素として必要であるが、後方の光源４２は不必要な
ものである。また、始点計測点Ｏの偏角測定装置４００
（０）に内蔵されている検出器は、図２の光学的偏角測
定装置４を構成する要素とはならないが、隣接する偏角
測定装置４００（１）の光源４２の方向を検出して発進
方向線Ｖ₀ に対する見通し線Ｖ₁ の角度θ₀ を検出する
始点計測点用検出器として機能し、地中掘進機の掘進位
置を計測する上で不可欠である。同様にして、始点計測
点Ｏの偏角測定装置４００（０）に隣接する中間計測点
の偏角測定装置４００（１）の光源４２は、図２の光学
的偏角測定装置４を構成する要素とはならないが、始点
計測点用検出器で角度θ₀ を検出できるようにするため
始点計測点Ｏに向けて拡散光を発する始点計測点用光源
として必要である。

【００４３】終点計測点Ｐに設置した偏角測定装置４０
０（Ｎ−１）において、後方の光源４２は、図２の光学
的偏角測定装置４の偏角計測用の光源を構成する要素と
して必要であるが、前方の光源４１は不必要なものであ
る。また、終点計測点Ｐの偏角測定装置４００（Ｎ−
１）に内蔵されている検出器は、掘削機１のピッチング
方向及びヨーイング方向の姿勢を検出する上で有用では
あるが、ピッチング計やヨーイング計等別の手段で代替
できて不可欠のものではなく、かつ、図２の光学的偏角
測定装置４を構成する要素とはならない。同様にして、
終点計測点Ｐの偏角測定装置４００（Ｎ−１）に隣接す
る中間計測点の偏角測定装置４００（Ｎ−１）の前方の
光源４１も、有用ではあっても不可欠のものではない。
こうしたことから、この例のようにユニット状の光学式
偏角測定装置４００を中間計測点のほか始点計測点Ｏや
終点計測点Ｐに設置するときには、必要とする手段だけ
をソフト上活かすようにすればよい。このように、図２
の光学式偏角測定装置４を地中掘進機の位置計測装置に
使用する場合、各計測点に、統一されたユニット状の偏
角測定装置４００を設置し使用するようにすれば、製作
する機器の種類を少なくできてそれらの製作を省力化す
ることができるだけでなく、使用する機器の種類も少な
くできて機器の使用上の便もよい。

【００４４】この地中掘進機の位置計測装置は、図２の
光学式偏角測定装置４を地中掘進機の位置計測装置に使
用することにより、地中掘進機の掘進位置を計測するよ
うにしていて、採用している技術手段の主要部が同一で
あるので、図２の光学式偏角測定装置４と同様の効果を
発揮することができる。すなわち、従来の技術では、光
源にレーザビームを用いているため、地中掘進機の掘進
位置の計測の際、レーザビームを位置検出素子の所定位
置に当てるようにウエッジプリズムを回動させる操作を
必要としたが、本発明では、光源に拡散光を発するもの
を用いたため、地下坑２の掘削中に偏角測定装置４００
の位置や姿勢が変動しても、光源４１，４２の光を位置
検出素子４１２−１，４１２−２に確実に当てることが
できて、こうした操作をしなくても済み、そのための操
作機構を要しない。また、検出器４１０や光源４１，４
２を中間計測点に取り付ける際、位置設定さえ正確に行
えば、その取付姿勢が不統一であったり、地中掘進機の
掘進時のヨーイングやピッチングによって変化したりし
ても、こうしたことに影響されることなく、地中掘進機
の掘進位置を常に正しく演算して計測することができ
る。

【００４５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、光学式
偏角測定装置に関するこの出願の第１番目の発明は、
「基点とこれと距離を置いて基点の両側に設定した各地
点とをそれぞれを結ぶ二つの線分の偏角を光で計測する
光学式偏角測定装置」を構成する場合、「課題を解決す
るための手段」の項に示したように構成しているので、
本発明によれば、偏角を光学的に計測する際に、光を位
置検出素子に当てるための操作を要さず、かつ、振動等
の外力が作用しても計測結果にその影響が及ばない光学
式偏角測定装置が得られる。また、検出器や光源を中間
計測点に取り付ける際、位置設定さえ正確に行えば、偏
角の計測結果が検出器や光源の取付姿勢に影響されるこ
ともない。さらに、拡散光を集めるための集光手段を各
光源ごとに設ける必要はなく、共通化することができ
る。この出願の第１番目の発明を具体化する場合、特
に、特許請求の範囲の請求項２に記載のように具体化す
れば、こうした優れた効果を発揮できることに加えて、
集光手段に入射しようとする各偏角計測用の光源からの
拡散光を、その光量を損失させることなく、各位置検出
素子に有効に導くことができるという効果を併せ発揮す
ることができる。

【００４６】地中掘進機の位置計測装置に関するこの出
願の第２番目の発明は、偏角計測用の光源と偏角計測用
の検出器とからなるこの出願の第１番目の発明に関する
光学式偏角測定装置を使用することにより地中掘進機の
掘進位置を計測するようにしているので、この出願の第
１番目の発明と同様、地中掘進機の掘進位置を計測する
際に光を位置検出素子に当てるための操作をしなくても
済み、そのための操作機構を要しない。また、検出器や
光源を中間計測点に取り付ける際、位置設定さえ正確に
行えば、その取付姿勢が不統一であったり、地中掘進機
の掘進時のヨーイングやピッチングによって変化したり
しても、こうしたことに影響されることなく、地中掘進
機の掘進位置を常に正しく演算して計測することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の具体化例の光学式偏角測定装置におけ
る検出器を示す斜視図である。

【図２】偏角を計測する原理を説明するための本発明の
具体化例の光学式偏角測定装置の概念図である。

【図３】図１の検出器で光源の方向を検出する原理を説
明するための概念図である。

【図４】本発明の別の具体化例の光学式偏角測定装置に
おける検出器を示す斜視図である。

【図５】本発明の具体化例の地中掘進機の位置計測装置
により地中掘進機の掘進位置を計測している状態の全体
像を概略的に示す図である。

【図６】図５の地中掘進機の位置計測装置に使用する光
学式偏角測定装置をユニット化した例を示す斜視図であ
る。

【図７】図６の光学式偏角測定装置を用いて地中掘進機
の掘進位置を計測するときの態様を部分的に示す斜視図
である。

【図８】図５の地中掘進機の位置計測装置で地中掘進機
の掘進位置を算定する基本原理を説明するための概念図
である。

【符号の説明】

１ 掘削機 ２ 地下坑 ３ 発進立坑 ４ 光学用偏角測定装置 ５ 中央演算処理装置 ４１，４２ 光源 ４００ ユニット状の光学用偏角測定装置 ４１１ レンズ ４１２−１，４１２−２ 位置検出素子 ４１３−１，４１３−２ 反射プリズム ４１３’−１，４１３’−２ 偏光反射プリズム ４１４−１，４１４−２ 波長板 Ｃ レンズ４１１の光軸 Ｏ 始点計測点 Ｐ 終点計測点 Φ 偏角

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−304072（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−221853（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 11/00 G01B 11/26 E21D 9/06 G01C 15/00

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基点とこれと距離を置いて基点の両側に
   設定した各地点とをそれぞれを結ぶ二つの線分の偏角を
   光で計測する光学式偏角測定装置であって、基点の両側
   に設定した各地点にそれぞれ設置され拡散光を発する偏
   角計測用の光源と基点に設置される偏角計測用の検出器
   とからなり、各光源からの拡散光の少なくとも一部をそ
   れぞれ集光する共通の集光手段と、集光手段でそれぞれ
   集光した各光源からの光をそれぞれ受光してその受光位
   置を検出する各位置検出素子と、集光手段に入射しよう
   とする各光源からの拡散光の少なくとも一部をそれぞれ
   透過しかつ集光手段で集光する各光源からの光をそれぞ
   れ各位置検出素子に導くように方向転換させる各光方向
   転換手段とを設け、集光手段に入射しようとする各光源
   からの拡散光を遮断しない位置に各位置検出素子を配置
   して、偏角計測用の検出器を構成し、各位置検出素子で
   の検出結果に基づいて各光源の光軸同士の偏角を演算に
   より算出できるようにしたことを特徴とする光学式偏角
   測定装置。
2. 【請求項２】 集光手段に入射しようとする各光源から
   の拡散光を、互いに振動方向の直交する直線偏光の拡散
   光になるようにするとともに、各光方向転換手段を、集
   光手段に入射しようとする一方の直線偏光の拡散光を透
   過させかつ集光手段で集光される過程の他方の直線偏光
   の拡散光を位置検出素子に導くように反射する偏光光反
   射素子によりそれぞれ構成したことを特徴とする請求項
   １記載の光学式偏角測定装置。
3. 【請求項３】 集光手段に入射しようとする各光源から
   の拡散光を、互いに振動方向の直交する直線偏光の拡散
   光になるようにする場合に、各光源を、互いに振動方向
   の直交する直線偏光の拡散光を発する光源にしたことを
   特徴とする請求項２記載の光学式偏角測定装置。
4. 【請求項４】 集光手段に入射しようとする各光源から
   の拡散光を、互いに振動方向の直交する直線偏光の拡散
   光になるようにする場合に、各光源を、直線偏光の拡散
   光を発する光源とするとともに、各光源からの拡散光を
   波長板により互いに振動方向の直交する直線偏光の拡散
   光に変えるようにしたことを特徴とする請求項２記載の
   光学式偏角測定装置。
5. 【請求項５】 集光手段に入射しようとする各光源から
   の拡散光を、互いに振動方向の直交する直線偏光の拡散
   光になるようにする場合に、各光源を、円偏光等非直線
   偏光の拡散光を発する光源とするとともに、各光源から
   の拡散光を波長板により互いに振動方向の直交する直線
   偏光の拡散光に変えるようにしたことを特徴とする請求
   項２記載の光学式偏角測定装置。
6. 【請求項６】 偏角計測用の光源と偏角計測用の検出器
   とからなる請求項１記載の光学式偏角測定装置を使用す
   ることにより、曲線経路を掘進して地下坑を掘削する地
   中掘進機の掘進位置を計測する地中掘進機の位置計測装
   置であって、計測の始点となる位置に設定した始点計測
   点、地中掘進機の掘進位置の指標となる位置に設定した
   終点計測点及び始点計測点と終点計測点の間に設定した
   少なくとも一つの中間計測点の各計測点のうち、中間計
   測点に偏角計測用の検出器を設置し、中間計測点に隣接
   する両側の各計測点に偏角計測用の光源を設置するとと
   もに、始点計測点に向けて拡散光を発する始点計測点用
   光源を始点計測点に隣接する中間計測点に設置し、始点
   計測点用光源からの拡散光の少なくとも一部を集光する
   集光手段及び集光手段で集光した光を受光してその受光
   位置を検出する位置検出素子を有しその検出結果に基づ
   いて始点計測点用光源の方向を検出する始点計測点用検
   出器を始点計測点に設置して構成し、偏角計測用の検出
   器及び始点計測点用検出器での検出結果に基づいてそれ
   ぞれ得られる偏角及び光源の方向に関するデータと隣接
   計測点間の各距離に関するデータとに基づいて、始点計
   測点に対する終点計測点の相対位置を演算手段で演算し
   て計測するようにしたこと特徴とする地中掘進機の位置
   計測装置。
7. 【請求項７】 請求項６記載の地中掘進機の位置計測装
   置において、光学式偏角測定装置を、請求項２、請求項
   ３、請求項４又は請求項５に記載のように構成したこと
   特徴とする地中掘進機の位置計測装置。