JP3816806B2

JP3816806B2 - 建設機械制御システム

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Publication number: JP3816806B2
Application number: JP2002011538A
Authority: JP
Inventors: 文夫大友; 邦広林
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Current assignee: Topcon Corp
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Filing date: 2002-01-21
Publication date: 2006-08-30
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は土木工事を行う建設機械の制御システムに関し、特に、回転レーザ装置及び受光センサ装置からなる高さ測定装置と、ＧＰＳ受信機を用いた水平面内の位置測定装置とを備えた建設機械を使用する建設機械制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
グレーダ、ブルドーザ等の建設機械を用いて造成地の整地作業や、道路舗装工事の整地作業を行うには、建設機械の水平面内の位置、及び整地高さを測定するシステムが必要である。近年、建設機械の水平面内の位置をＧＰＳシステムで測定し、整地高さを回転レーザ装置によって測定して建設機械を制御するシステムが開発されている。このシステムでは、回転レーザ装置によって基準高さを設定し、この基準高さに基づいて建設機械を制御している。
【０００３】
次に、図４７を参照して、この建設機械制御システムを説明する。図４７は、このシステムをブルドーザに適用した例である。建設機械制御システム９００は、回転レーザ装置９５１と、レーザセンサ９０７を備えたブルドーザ９０２とから構成される。回転レーザ装置９５１は三脚９０３によって所定の位置に設置される。回転レーザ装置９５１はレーザ光線９０４を水平方向に照射しながら、レーザ光線９０４を回転させて、レーザ光線９０４によって基準平面を形成する。
【０００４】
ブルドーザ９０２は上下動可能に支持されたブレード９０５を有し、このブレードによって整地作業を行う。レベルセンサ９０７がポール９０６を介してブレード９０５に取付けられる。レベルセンサ９０７は回転レーザ装置９５１の射出したレーザ光線９０４を受光して、レベルセンサ９０７の高さを検出する。ブルドーザ９０２は制御装置（図示せず）を備える。制御装置（図示せず）はレベルセンサ９０７が検出した高さをもとにブレード９０５の高さを計算し、この高さが所望の高さになるようにブレード９０５の高さを制御する。
【０００５】
前述のように、レーザ光線９０４は水平基準面を形成しているので、水平基準面とブレード９０５の刃先９０５ａとの間の距離が一定になるように制御を行うことによって、地面を水平に整地することができる。また、水平基準面とブレード９０５ａとの間の距離を変えることによって、異なる高さに整地することも可能である。
【０００６】
次に、図４８を参照して、水平面内におけるブルドーザ９０２の位置の測定について説明する。ブルドーザ９０２の水平面内の位置測定にはＧＰＳを用いる。まず、ＧＰＳベースアンテナ９０８を既知の位置に設置する。もう１つのＧＰＳアンテナ９０９をブルドーザ９０２に設置する。ＧＰＳベースアンテナ９０８は、人工衛星９１０からの電波を受信して、ＧＰＳベースアンテナ９０８の位置を検出する。同様に、ＧＰＳアンテナ９０９も人工衛星９１０からの電波を受信して、ＧＰＳアンテナ９０９の位置を検出する。これらの位置を比較することによって、ＧＰＳベースアンテナ９０８に対するＧＰＳアンテナ９０９の相対位置が計算される。既知であるＧＰＳベースアンテナ９０８の位置、及び計算された相対位置からブルドーザ９０２の位置を計算する。計算されたブルドーザ９０２の位置に基づいて、所要の範囲の整地作業を行う。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
整地作業は、比較的小規模な現場を除き、複数の建設機械で同時に行われるのが一般的である。更に、整地作業を同時に行う建設機械が、異なる高さに整地を行うことも多い。この場合には、レベル設定を行うために各建設機械について、個別の回転レーザ装置を稼動させる必要がある。複数の回転レーザ装置を同時に稼動させると、建設機械に備えられたレベルセンサが、別の建設機械が認識すべきレーザ光を誤って認識して、建設機械が誤動作を起こすという課題がある。
【０００８】
複数の建設機械を誤動作なく同時に制御するためには、単一の回転レーザ装置でレベル設定を行うことが望ましい。しかしながら、単一の回転レーザ装置で複数の高さのレベル設定を行うためには、回転レーザ装置が一回転する間に、レーザ光線を受光する複数の建設機械に向けて、それぞれ異なる高さのレーザ光線を射出する必要がある。ところが、従来、回転レーザ装置は、数百ｒｐｍの回転数で回転する投光器からレーザ光線を射出し、基準面、基準線を設定している。このような高速回転中に、夫々異なる高さで複数の方向にレーザ光線を射出するように、投光器の高さを上下方向に調節することは不可能である。従って、１つの回転レーザ装置によって、複数の建設機械に対して異なる高さの整地作業の制御を行う建設機械制御システムは実現していない。
【０００９】
また、実際の整地作業においては、水平面に整地する場合に加えて、僅かに傾斜した平面に整地する場合も多い。造成工事においては水捌け用の勾配が必要であり、また、舗装工事においては、地形に応じた勾配と共に水捌け用の勾配を付けることも必要である。従来の整地作業では、建設機械制御システムによって水平面に整地を行った後、測量作業を行って所定の勾配を有する傾斜面を形成していた。
【００１０】
このため、水平面に整地する場合には、上記の建設機械制御システムを使用することによって熟練者でなくても容易に整地作業を行うことができたが、勾配を付けた整地は困難な作業であり、熟練者でなければ行うことができなかった。また、整地された傾斜面の仕上がり状況も、作業者の熟練度に依存するところが大きい。このため、作業者の熟練度によって仕上がりの善し悪しが変り、また、整地作業の進捗状況も作業者の熟練度によって異なるため、仕上がり精度の管理や工程管理が難しいという課題があった。
【００１１】
また、１つの土木作業現場で、２以上の異なる高さの水平面を整地する場合もある。このような場合には、一度、回転レーザ装置を設定して１つの水平面を整地した後、再び回転レーザ装置を設定し直して別の水平面を整地するという面倒な作業を行わなければならないという課題があった。
【００１２】
【発明の目的】
本発明の目的は、これらの課題を解決して、単一の回転レーザ装置で複数の建設機械を制御し、それら複数の建設機械が異なる高さの水平面を整地するのを可能にすることにある。また、本発明の他の目的は、建設機械を制御して作業者の熟練度に左右されずに能率的に傾斜面を整地することを可能にし、更に、複数の建設機械が異なる傾斜の傾斜面を同時に整地するのを可能にすることにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の建設機械制御システムは、既知の点に設置され、水平面と交わる少なくとも２つのファンビームレーザ光を回転照射する回転レーザ装置と、建設機械側に取付けられ、ファンビームレーザ光を受光する受光センサ装置と、建設機械の位置を検出するためのＧＰＳ受信装置と、建設機械に設けられた演算装置と、を有し、演算装置は、受光センサ装置が受光したファンビームレーザ光によって求められた、ファンビームレーザ光の射出点と受光センサ装置の受光部とを結ぶ直線と、水平面とのなす角度、及びＧＰＳ受信装置によって求められた回転レーザ装置と受光センサ装置との間の水平方向距離に基づいて、建設機械を制御するための高さを算出することを特徴としている。
【００１４】
このように構成された本発明においては、回転レーザ装置がファンビームレーザ光を回転させながら射出する。このファンビームレーザ光は、建設機械に取付けられた受光センサ装置によって受光される。また、建設機械には、ＧＰＳ受信装置、及び、演算装置が取付けられており、演算装置はＧＰＳ受信装置の検出信号に基づいて、回転レーザ装置と受光センサ装置との間の水平方向距離を算出する。また、演算装置は、受光センサ装置によって受光されたファンビームレーザ光によって、ファンビームレーザ光の射出点と受光センサ装置の受光部とを結ぶ直線と、水平面とのなす角度を求める。更に、演算装置は、角度と水平方向距離に基づいて、建設機械を制御するための高さを算出する。
【００１５】
また、演算装置は地形データを記憶しており、演算装置はＧＰＳ受信装置によって検出された建設機械の位置及び地形データに基づいて求めた高さと、角度及び水平方向距離に基づいて求めた高さとの差に基づいて建設機械を制御するように構成することもできる。
このように構成された本発明においては、所定の地形データに合わせて建設機械を制御することができる。
【００１７】
また、本発明の建設機械制御システムは、回転レーザ装置の位置を検出するためのＧＰＳベース装置をさらに有し、演算装置が、回転レーザ装置に対する建設機械の位置を検出しても良い。
【００１８】
また、回転レーザ装置は、偏光方向が互いに異なる少なくとも２つのファンビームレーザ光を射出するのが良い。
【００１９】
また、回転レーザ装置が射出するファンビームレーザ光の強度は、ファンビームレーザ光の各部分で異なっていても良い。
さらに、回転レーザ装置が、ファンビームレーザ光を少なくとも３つ射出し、各ファンビームレーザ光と所定の水平基準面との交線が等間隔になるように、本発明を構成しても良い。
また、回転レーザ装置が射出する少なくとも３つのファンビームレーザ光は、それらが受光される範囲内で互いに交差しないように構成するのが良い。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の建設機械制御システムを図面に基づいて説明する。
（１）第１の実施形態
（１．１）建設機械制御システムの全体構成
最初に、本発明による建設機械制御システムの概略構造を説明する。図１に示すように、本発明による建設機械制御システム１００は回転レーザ装置１５１と、ＧＰＳベース装置５０１と、受光センサ装置１５４を有する建設機械、例えば、ブルドーザー５０２とを含む。本発明による建設機械制御システム１００は、建設機械５０２の高さ位置をレーザ光線によって測定し、建設機械５０２の水平面内の位置を建設機械５０２に設けられたＧＰＳ受信装置５１０によって測定する。測定された高さ位置及び水平面内の位置に基づいて建設機械５０２の整地器具、例えば、ブレード５０５を操作することによって整地作業を行う。
【００２１】
図２に示すように、回転レーザ装置１５１は２つのファンビーム１５２及び１５３を射出ながら、これら２つのファンビームを、点Ｃを中心に回転させる。
図３に示すように、ファンビーム１５２は水平面に対して角度αをなして射出され、ファンビーム１５３は水平面に対して角度βをなして射出される。更に、ファンビーム１５２と水平面が交わる交線と、ファンビーム１５３と水平面が交わる交線のなす角度をδとする。２つファンビーム１５２、１５３はこのような関係を保ちながら回転するので、ファンビーム１５２、１５３は建設機械５０２に取付けられた受光センサ装置１５４を、時間差をもって横切る。本発明による建設機械制御システムはこの時間差を基に受光センサ装置１５４の水平面からの高さを測定するように構成される。
【００２２】
（１．２）回転レーザ装置
（１．２．１）２つのファンビームレーザ光を射出する回転レーザ装置
次に、水平面に対して傾斜した２つのファンビームレーザ光を発しながら鉛直軸線を中心に該レーザ光を回転させる回転レーザ装置を説明する。
図４に示すように、本発明による回転レーザ装置１５１はケーシング１０１と、レーザ投光器１０３とを有する。切頭円錐形の凹部１０２がケーシング１０１の上面中央に形成される。レーザ投光器１０３が凹部１０２の中央を上下方向に貫通する。レーザ投光器１０３は傾斜することができるように、球面座１０４を介して凹部１０２に支持される。ペンタプリズム１０９を有する回転自在な回転部１０５がレーザ投光器１０３の頭部に設けられる。回転部１０５は走査モータ１０６によって駆動ギア１０７、走査ギア１０８を介して回転駆動される。
【００２３】
回転レーザ装置１５１は、レーザ投光器１０３の周囲に設けられた２組の傾斜機構を有する（一方のみ図示する）。一方の傾斜機構１１０は傾斜用モータ１１１と、傾斜用スクリュー１１２と、傾斜ナット１１３とを有する。傾斜用モータ１１１は駆動ギア１１４、傾斜用ギア１１５を介して傾斜用スクリュー１１２を回転させることができる。傾斜用スクリュー１１２の回転により傾斜ナット１１３を上下に移動させる。傾斜ナット１１３は傾斜用アーム１１６を介してレーザ投光器１０３と連結される。傾斜ナット１１３が上下動することによってレーザ投光器１０３が傾斜する。また、図示していないもう一組の傾斜機構は、傾斜機構１１０と同様の機構によって、上記の傾斜機構１１０が傾斜する方向に直交する方向に投光器１０３を傾斜させる。
【００２４】
傾斜用アーム１１６に平行な固定傾斜センサ１１８と、傾斜用アーム１１６に対して直角方向の固定傾斜センサ１１９がレーザ投光器１０３の中間部に設けられる。傾斜機構１１０により傾斜用アーム１１６を傾斜させ、固定傾斜センサ１１８が常に水平になるように制御を行なうことができる。また、同時に、もう一組の傾斜機構によって固定傾斜センサ１１９が常に水平になるように制御を行なうことができる。
【００２５】
レーザ投光器１０３及びそれに取付けられた回転部１０５について説明する。図５に示すように、レーザ光線投光器１３２、及びレーザ光線投光器１３２から発せられるレーザ光線を平行光線にするコリメートレンズ１３３等を含む投光光学系が、レーザ投光器１０３の内部に内蔵されている。投光光学系からのレーザ光線は回転部１０５の回折格子（BOE）１３４によって２つのファンビーム１５２、１５３に形成される。ファンビーム１５２、１５３は、ペンタプリズム１０９によって水平方向に偏向され、投光窓１３１から照射される。
【００２６】
図６に示すように、レーザ光線がペンタプリズム１０９によって偏向された後に透過する位置に回折格子（BOE）１３４ａを配置しても良い。なお、図６に示す構成では、回折格子１３４ａの配置以外の構成は、全て図５に示す構成と同じである。
【００２７】
図７に示すように、レーザ光線は回折格子（BOE）１３４を透過すると２つのファンビーム１５２、１５３に形成される。
以上説明したように、レーザ投光器１０３は、レーザ光線投光器１３２から発せられ、次いで回折格子（BOE）１３４によって２つのファンビーム１５２、１５３に形成されたレーザ光線を照射する。レーザ光線はペンタプリズム１０９によって水平方向に偏向され、回転部１０５を回転させる事により基準面を形成する。
【００２８】
（１．２．２）異なる偏光の２つのファンビームレーザ光を射出する回転レーザ装置
次に、異なる偏光の２つのファンビームレーザ光を射出する回転レーザ装置について説明する。
後で詳細に述べるように、精度の高い位置測定を行うためには、互いに異なる偏光を有する２つのファンビームレーザ光を射出する回転レーザ装置を使用するのが有利である。図８に示すように、回転レーザ装置１５１ａは２つのファンビーム１５２ａ、１５３ａを射出する。２つのファンビーム１５２ａ、１５３ａが異なる偏光を有することにより、受光センサ装置１５４ａの受光部が２つのファンビーム１５２ａ、１５３ａを区別することが可能になる。
【００２９】
図９に示すように、回転レーザ装置１５１ａに内蔵されたレーザ投光器１０３ａ及び及びそれに取付けられた回転部１０５ａ以外のレーザ投光器を傾斜させる機構は図４と同じである。ここでは、レーザ投光器１０３ａ及びその回転部１０５ａについて説明する。
【００３０】
図１０を参照すると、異なる偏光のファンビーム１５２ａ、１５３ａを射出する回転レーザ装置１５１ａは、レーザ投光器１０３ａ及び回転部１０５ａを有する。なお、図中の各光学素子を通るレーザ光線の方向は実線の矢印で図示し、レーザ光線の偏光方向は破線の矢印で模式的に図示されている。
【００３１】
レーザ投光器１０３ａに使用するレーザ光線投光器１３２ａにレーザダイオードを用いると、レーザ光は直線偏光になる。この偏光方向をここではＸ方向とし、レーザ光の射出される方向をＺ方向とし、ＸＺ平面に直交する方向をＹ方向とする。レーザ光線投光器１３２ａから発せられたレーザ光線は、コリメートレンズ１３３ａにより平行光に形成され、１／４波長板１４０に入射する。１／４波長板１４０は、レーザ光線投光器１３２ａが射出し、Ｘ方向に直線偏光されたレーザ光が円偏光になるような方向に配置される。１／４波長板１４０を通過したレーザ光は再度１／４波長板１３９を透過して、図９に示すような、Ｘ方向と４５゜の角度をなす方向に直線偏光される。ここで、回転部１０５ａは回動自在に保持されているので、１／４波長板１４０と１／４波長板１３９との相対位置は変化する。しかしながら、１／４波長板１４０を通過したレーザ光は円偏光であるので、再度１／４波長板１３９を透過した後の直線偏光の偏光方向は、相対位置の変化の影響を受けず、１／４波長板１３９により決定される。次に、レーザ光は偏光ビームスプリッター１４１を通過する。偏光ビームスプリッター１４１はＹ方向の偏光成分を反射させ、Ｘ方向の偏光成分を透過させるように構成される。したがって、１／４波長板１３９によってＸ方向と４５゜の角度をなす方向に直線偏光されたレーザ光のＹ方向成分は偏光ビームスプリッター１４１によって反射されて９０゜偏向される。一方、レーザ光のＸ方向成分は偏光ビームスプリッター１４１を通過する。
【００３２】
偏光ビームスプリッター１４１によって反射したレーザ光は、再度１／４波長板１３８に入射して円偏光となり、次にシリンダーミラー１３６により反射される。シリンダーミラー１３６は、レーザ光が回転部１０５ａより射出された際に水平面に対してαの角度になるような方向に配置される。シリンダーミラー１３６で反射されたレーザ光は、再度１／４波長板１３８を透過してＺ方向の直線偏光になるため、今度は、偏光ビームスプリッター１４１を透過することができ、回転部１０５ａより射出される。
【００３３】
一方、偏光ビームスプリッター１４１を透過したレーザ光は、同様に再度１／４波長板１３７に入射して円偏光となり、次にシリンダーミラー１３５によって反射される。シリンダーミラー１３５は、レーザ光が回転部１０５ａより射出された際に水平面に対しβの角度になるような方向に配置される。シリンダーミラー１３５で反射されたレーザ光は、再度１／４波長板１３７を透過してＹ方向の直線偏光になるため、今度は、入射時に透過した偏光ビームスプリッター１４１で反射され、回転部１０５ａより射出される。
【００３４】
シリンダーミラー１３５、１３６の代りに同様の効果を持つ回折格子を使用しても良い。回折格子を使用した場合には、必要に応じてファンビーム光の強度分布を変える事も可能になる。ファンビーム光の水平面付近の光は、遠くの位置にあってもファンビーム光を受光センサ装置１５４ａによって受光できるように、より強い光量が必要となる。水平方向から大きく離れた部分の光は、回転レーザ装置１５１ａから離れると地表面と干渉するか若しくは受光不可能な高さまで広がってしまう。従って、受光センサ装置１５４ａでの受光は近距離に限られるので強い光量を必要としない。
【００３５】
又、光学系は、次の様な特徴を持っている。レーザ投光器１０３ａより射出したレーザ光は、どちらのファンビーム光も回転部１０５ａ内において、偏光ビームスプリッター１４１における反射と、シリンダーミラー１３５、１３６における反射の合計２回反射して射出される。そのため、射出されるレーザ光の偏光角度は、回転部１０５ａの回転角にかかわらず、回転部１０５ａの透過偏角により決定される。この構成は、一般的に使用されているペンタプリズムを使用したのと同様の効果がある。
【００３６】
その他２つのファンビームを発生させる方法について、図１１乃至図１３に図示する。
図１１は回転部１０５の他の実施形態である。図１１を参照すると、１／４偏光板１３９に円偏光で入射されたレーザ光は偏光ビームスプリッター１４１を透過する。ビームスプリッター１４１を透過した光は１／４波長板１３８を透過する。透過したレーザ光の一部はシリンダーハーフミラー１４７で反射され、再び１／４波長板１３８を透過する。１／４波長板１３８を透過したレーザ光は今度はビームスプリッター１４１によって反射され、ファンビーム１５２として射出される。シリンダーハーフミラー１４７はファンビーム１５２の傾き角度がαになるような方向に配置される。
【００３７】
一方、ハーフミラー１４７を透過した光は偏光ビームスプリッター１４１ａを透過し、１／４波長板１３７に入射する。この光は１／４波長板１３７を透過してシリンダーミラー１３５に入射する。ミラー１３５に入射した光はミラー１３５によって反射されて、再び１／４波長板を透過する。この光は、今度はビームスプリッター１４１ａによって反射され、ファンビーム１５３として射出される。ミラー１３５はファンビーム１５３の傾き角度がβになるような方向に配置される。
【００３８】
図１２は回転部１０５の更に別の実施形態である。図１２を参照すれば、回転部１０５に入射した光は、ペンタプリズム１０９に入る。ペンタプリズム１０９に入った光の一部はペンタプリズム１０９の上面のハーフミラー１４６によって反射され、ペンタプリズム１０９によって偏向される。偏向された光はシリンダーレンズ１４５ａによってファンビーム１５２に形成されて射出される。シリンダーレンズ１４５ａはファンビーム１５２の傾き角度がαになるような方向に配置される。
【００３９】
一方、ペンタプリズム１０９のハーフミラー１４６を透過した光はペンタプリズム１０９ａに入射して偏向される。ペンタプリズム１０９ａによって偏向された光はシリンダーレンズ１４５ｂによってファンビーム１５３に形成されて射出される。シリンダーレンズ１４５ｂはファンビーム１５３の傾き角度がβになるような方向に配置される。
【００４０】
図１３は２つのファンビーム１５２、１５３を形成する別の実施形態である。図１３（ａ）に示すように、シリンダーレンズロッド１４４を切断し、切断されたシリンダーレンズ１４４ａ、１４４ｂを再度接合する（図１３（ｂ））。この接合されたシリンダーレンズを光が透過すると２つのファンビーム１５２、１５３が形成される（図１３（ｃ））。
【００４１】
（１．３）受光センサ装置
（１．３．１）２つのファンビームレーザ光を射出する回転レーザ装置用の受光センサ装置
次に、回転レーザ装置１５１の射出したファンビーム１５２、１５３を受光するための受光センサ装置１５４について説明する。図１４及び図１５に示すように、受光センサ装置１５４の筐体１６４には、ファンビーム１５２、１５３を検出するための受光部１５５、１５６が固定される。筐体１６４は、表示部１５７と、警告部１６１、例えばブザーと、入力キー１６２と、指標１６３とを有する。更に筐体１６４は記憶部１６５、受光状態判断部１６６、及び標尺目盛読取部１６７を内蔵し、目盛１６０が設けられたポール５０６に取付けられる。表示部１５７には、例えば、水平基準面から受光センサ装置１５４までの高さと、回転レーザ装置１５１と受光センサ装置１５４との間の距離が表示される。
【００４２】
（１．３．１．１）受光センサ装置による角度の測定原理
前述のように、回転レーザ装置１５１はファンビーム１５２、１５３を射出しながら点Ｃを中心に回転する。図３に示したように、ファンビーム１５２は水平面に対して角度αをなして射出され、ファンビーム１５３は水平面に対して角度βをなして出射される。更に、ファンビーム１５２と水平面が交わる交線と、ファンビーム１５３と水平面が交わる交線は角度δをなしている。２つファンビーム１５２、１５３はこのような関係を保ちながら回転するので、ファンビーム１５２、１５３は時間差をもって受光センサ装置１５４の受光部を横切る。
【００４３】
受光センサ装置１５４の受光部が水平面内の位置Ａにある場合には、受光センサ装置１５４が検出する光は図１６（ａ）に示すようになる。これに対して、受光部がＡの鉛直上方Ｂの位置にある場合には、検出されるファンビームは図１６（ｂ）に示すようになる。ここで、図１６（ａ）に示すように、受光部がＡ点にある場合の２つのファンビームの検出時間間隔をｔ₀とし、回転レーザ装置１５１の回転周期をＴとすると２つビームの検出時間間隔は（数式１）で与えられる。
【数１】

【００４４】
又、受光部が任意の高さＢにある場合の検出時間間隔ｔは、受光部の位置Ｂとファンビームレーザ光の射出点Ｃとを結んだ直線と、水平面とのなす角度∠ＢＣＡ=γに比例するので、γが大きくなると検出時間間隔ｔが長くなる。従って、Ｂにおける検出時間間隔ｔを測定することにより、回転レーザの射出点Ｃと受光部の位置Ｂとを結んだ直線が水平面となす角度γを下記の（数式２）又は（数式３）から算出することができる。
【数２】

【数３】

【００４５】
２つのファンビーム１５２、１５３が受光センサ装置１５４の受光部を横切る時間間隔ｔ及び、回転レーザ装置１５１の回転周期Ｔから角度γを算出する演算処理を、受光センサ装置１５４に内蔵された受光状態判断部１６６が行なうことによりγを測定することができ、この測定結果を表示部１５７が表示することができる。
【００４６】
次に、回転レーザ装置１５１が、水平面内で交差する２つのファンビームを射出する場合、即ち図３の角度δを０゜とした場合について説明する。この状態を図１７に示す。
【００４７】
受光センサ装置１５４の受光部が水平面内の位置Ａにある場合、回転する２つのファンビーム１５２、１５３が受光センサ装置１５４を同時に通過するため、ｔ₀＝０となる。従って、任意の高さの点Ｂと回転レーザ装置の回転中心Ｃとを結んだ直線と、水平面とのなす角度∠ＢＣＡ=γは、（数式２）及び（数式３）にｔ₀＝０を代入することにより、（数式４）、（数式５）によって得られる。
【数４】

【数５】

【００４８】
（数式４）又は（数式５）からわかるように、α、βは定数であるから、角度γは回転レーザ装置１５１の回転周期Ｔ及び２つファンビームの検出時間間隔ｔの関数として表される。回転レーザ装置１５１の回転にむらがあり、設定された回転周期Ｔに誤差がある場合、又は、設定回転周期Ｔに誤差がないとしても、１回転中に回転むらがある場合には検出時間間隔ｔに誤差が生じ、算出されるγにも誤差が生じることになる。水平基準面を測定する場合において、図１７のように２つのファンビーム１５２、１５３が水平面内で交わる様に構成すれば、γ＝０においてｔ＝０となるため、この誤差の影響を受けない。
【００４９】
実際の土木工事においては、水平面を基準平面とする場合が多く、水平面内でファンビーム１５２、１５３が交差しない図２の構成よりも、水平基準面において測定誤差が最小になる図１７に示す構成が望ましい。
ここで説明した受光センサ装置１５４による角度の測定原理は、２つの異なる偏光を有するファンビーム１５２ａ、１５３ａを受光するための受光センサ装置１５４ａについても全く同様に成り立つ。
【００５０】
（１．３．１．２）２つの受光部を用いた受光センサ装置による角度の測定原理次に、受光部を２つ有する受光センサ装置１５４による角度の測定原理について説明する。２つの受光部を使用して、回転レーザ装置１５１に対する受光センサ装置１５４の高さ、及びそれらの間の距離を求めることができる。図１８に示すように、２つ受光部１５５、１５６が受光センサ装置１５４に鉛直方向に並べて設けられる。
【００５１】
２つのファンビーム１５２、１５３は水平面内において交差するように配置され、ファンビーム１５２は水平面と角度αをなし、ファンビーム１５３は水平面と角度βをなして回転する。２つの受光部１５５、１５６は鉛直方向に距離Ｄを隔てて配置される。
２つファンビーム１５２、１５３は上記の関係を保ちながら回転しているので、ファンビーム１５２、１５３が受光センサ装置１５４を横切るとき、受光センサ装置１５４の受光部１５５、１５６に図１９に示すような時間差が検出される。
【００５２】
検出された、時間間隔ｔ₁、ｔ₂、ｔ₃、Ｔと定数α、β、Ｄより、受光部１５５の水平基準面からの高さd₁は（数式６）で与えられ、受光部１５６の高さd₂は（数式７）で与えられる。
【数６】

【数７】

【００５３】
また、受光部１５５とファンレーザビームの射出点Ｃとを結んだ直線と、水平面とのなす角度をγ₂とし、受光部１５６と点Ｃとを結んだ直線と、水平面とのなす角度をγ₁とすると、（数式４）よりγ₂、γ₁はそれぞれ（数式８）、（数式９）のように求められる。
【数８】

【数９】

【００５４】
一方、回転レーザ装置１５１から受光センサ装置１５４のまでの距離Ｌは、 γ₂、γ₁、ｄ₁、ｄ₂によって（数式１０）及び（数式１１）のように表わすことができる。
【数１０】

【数１１】

【００５５】
（数式６）乃至（数式９）を（数式１０）及び（数式１１）に代入することにより（数式１２）及び（数式１３）が得られる。
【数１２】

【数１３】

【００５６】
（数式１２）及び（数式１３）何れの式でも、回転レーザ装置１５１と受光センサ装置１５４との間の距離を求めることができるが、ｔ₂―ｔ₁=０の時には（数式１２）に０の除算が存在し、ｔ₃=０の時には（数式１３）に０の除算が存在してしまうので、その場合は他方の式を使用する。
【００５７】
次に、図２０に示すように、受光センサ装置１５４が角度εだけ傾斜している場合について説明する。この場合においても、検出された時間間隔ｔ₁、ｔ₂、ｔ₃、及び回転周期Ｔより傾斜の補正を行ない、回転レーザ装置１５１に対する受光センサ装置１５４の高さ、及びそれらの間の距離を求めることができる。
【００５８】
α＋ε＜９０゜の場合には、ファンビームは、受光センサ装置１５４の受光部１５５、１５６において図１９と同じ順序で検出される。検出された時間間隔ｔ₁、ｔ₂、ｔ₃、回転周期Ｔ、定数α、β、及び受光部１５５と受光部１５６との間の距離Ｄより、水平基準面から受光部１５５、１５６までのそれぞれの鉛直距離ｄ₁、ｄ₂は（数式１４）及び（数式１５）で与えられる。
【数１４】

【数１５】

又、受光センサ装置１５４の傾斜角εは、（数式１６）で与えられる。
【数１６】

【００５９】
距離Ｌは、（数式１４）、（数式１５）、（数式８）、（数式９）で求められたｄ₁、ｄ₂、 γ₁、 γ₂を（数式１０）、（数式１１）に代入する事により求めることができる。
次に、図２１及び図２２を参照して、ファンビームを検出するための受光部１５５、１５６が水平方向に２つ並んだ場合について説明する。
【００６０】
２つのファンビーム１５２、１５３は水平面内において交差するように配置され、ファンビーム１５２は水平面と角度αをなし、ファンビーム１５３は水平面と角度βをなして回転する。受光センサ装置１５４にはファンビームを検出する２つの受光部１５５、１５６が距離Ｄを隔てて水平方向に並んで配置される。
【００６１】
２つファンビームは上記の関係を保ちながら回転しているので、受光センサ装置１５４の受光部１５５、１５６をファンビームが横切ると、ファンビームが図２２のように検出される。検出された時間間隔ｔ₁、ｔ₂、ｔ₃、Ｔと定数α、β、Ｄによって、回転レーザ装置１５１の回転中心Ｃから受光センサ装置１５４の受光部１５５、１５６までの水平距離が、（数式１７）で与えられる。
【数１７】

【００６２】
水平基準面から受光部１５５までの鉛直距離ｄ₁、水平基準面から受光部１５６までの鉛直距離ｄ₂は、（数式１０）、（数式１１）を変形した（数式１８）、（数式１９）で与えられる。
【数１８】

【数１９】

【００６３】
（数式１８）、（数式１９）に（数式８）、（数式９）、（数式１７）を代入すると（数式２０）、（数式２１）が得られる。
【数２０】

【数２１】

【００６４】
ここで、γ₂、γ₁≒０の場合、tan(γ)≒γの関係が成り立つので（数式２２）及び（数式２３）が成り立つ。
【数２２】

【数２３】

【００６５】
ｄ₁、ｄ₂、εを計算する（数式１４）、（数式１５）、（数式１６）、（数式２２）、（数式２３）をみると、計算式に回転周期Ｔが存在しないことがわかる。このことは、回転レーザ装置１５１の回転に回転むらがあり、設定された回転周期Ｔに誤差があったとしても誤差の影響を受けにくいということを表わしている。即ち、２つのファンビーム１５２、１５３が受光センサ装置１５４の受光部１５５、１５６を横切る際の短い時間内において、時間間隔ｔ₁、ｔ₂、ｔ₃に影響を与えるような回転むらが生じなければ、測定誤差が発生することはない。
【００６６】
なお、ここで説明した測定原理は２つの異なる偏光を有するファンビーム１５２ａ、１５３ａを受光する受光センサ装置１５４ａについても全く同様に適用することができる。
【００６７】
（１．３．１．３）受光センサ装置の位置の判別原理
受光センサ装置１５４の受光部が１つの場合、若しくは２つの受光部が水平方向に配置されている場合であって、なおかつ２つのファンビームが水平面上で交差する場合には、水平基準面から上方向、及び下方向に等距離離れた２つの位置では、両方とも同じ時間間隔でファンビームが検出され、時間間隔を測定しただけでは前記２つの位置を判別することができない。この場合、受光センサ装置１５４が水平基準面の上にあるか下にあるかを判別するために、受光センサ装置１５４を上下に動かし受光状態の変化を確認する必要があった。即ち、受光センサ装置１５４を上方に移動させたときに時間間隔が長くなったとすれば、受光センサ装置１５４は水平基準面の上側にあり、時間間隔が短くなったとすれば受光センサ装置１５４は水平基準面の下側にあるということがわかる。受光部が少なくとも２つ以上あり、かつ水平方向以外に配置された場合には、上記操作を行なう事なく、水平基準面の上であるか、下であるかを判別することが可能になる。また、偏光方向、波長等から２つのファンビーム１５２、１５３を識別することができる場合には、受光部が１つの場合、若しくは２つの受光部が水平方向に配置されている場合であっても、どちらのファンビームが先に検出されたかによって、水平基準面の上か下かを判別することができる。
【００６８】
（１．３．１．４）ファンビームの検出時間間隔が短い場合の測定原理
前記の通り、受光センサ装置１５４は２つのファンビームが受光センサ装置１５４の受光部を横切る時間間隔ｔを計測し、それを演算する事により、回転レーザ装置１５１に対する受光センサ装置１５４の高さ、それらの間の距離、及び受光センサ装置１５４の傾斜角を算出する。受光部が受光した２つのファンビーム１５２、１５３の受光時間間隔が図２３（ａ）のように長い場合には、正確な受光時間間隔ｔを計測することができる。しかし、図２３（ｂ）及び図２３（ｃ）のように、２つのファンビーム１５２、１５３の受光間隔が短く、受光信号がお互いに干渉している場合には正確な受光時間間隔を計測することができない。２つのファンビームによる信号を偏光により区別し、各々別の信号として認識する事により、受光間隔が短い場合でも正確な受光時間間隔の計測を行なう事が可能になる。
【００６９】
（１．３．２）２つの異なる偏光を有するファンビームレーザ光を射出する回転レーザ装置用の受光センサ装置
上記の２つの異なる偏光を有するファンビームレーザ１５２ａ、１５３ａを受光する受光センサ装置１５４ａについて説明する。なお、ここでは、２つの異なる偏光を有するレーザ光を識別する部分の構成について説明する。その他の構成、及び回転レーザ装置に対する受光センサの高さ、及びそれらの間の距離等を求める測定原理は前記の受光センサ装置１５４と同一である。
【００７０】
図２４（ａ）は受光センサ装置１５４ａの正面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図を示す。図２４に示すように、この受光センサ装置１５４ａの受光部１５５ａは、受光素子１５５ｂ、１５５ｃと、各受光素子の前に設けられた偏光ビームスプリッター１６８とを有し、受光部１５６ａは、受光素子１５６ｂ、１５６ｃと、各受光素子の前に設けられた偏光ビームスプリッター１６９とを有する。偏光ビームスプリッター１６８、１６９は入射レーザ光の偏光方向に応じて、レーザ光を透過又は反射する。反射光用に受光素子１５５ｂ、１５６ｂが、透過光用に受光素子１５５ｃ、１５６ｃが設けられており、入射レーザ光の偏光方向を判別できるようになっている。これにより、２つのファンビーム１５２ａ、１５３ａが短い時間間隔で受光部１５５ａ、１５６ａに入射されたとしても、例えば、受光素子１５５ｂ、１５６ｂがファンビーム１５２ａを、受光素子１５５ｃ、１５６ｃがファンビーム１５３ａを夫々検出するので、時間間隔を正確に検出することができる。
【００７１】
別の実施形態として、回転レーザ装置１５１ａの光路の最後に、さらに１／４波長板（図示せず）を設け円偏光でレーザ光を射出するように構成して、受光部１５５、１５６の偏光ビームスプリッター１６８、１６９の前に１／４波長板（図示せず）を設けると、受光センサ装置１５４が傾いていたとしてもビームスプリッター１６８、１６９によって正確に２つのファンビームを分離することができる。
【００７２】
（１．３．３）単一の受光部を有する受光センサ装置
受光センサ装置１５４又は１５４ａに設けられた受光部のうち１つを省略することができる。この場合には、単一の受光部を有する受光センサ装置によって測定を１回行った後、受光センサ装置を上又は下に移動させて２回目の測定を行う。例えば、受光センサ装置を上に移動させた場合に、受光部で受光されるファンビームの受光時間間隔が長くなったとすれば、受光センサ装置は水平基準面の上にあり、短くなったとすれば、受光センサ装置は水平基準面の下にあることがわかる。水平基準面に対する受光センサ装置の位置を判別した後は、１回目又は２回目の測定データを使用して水平基準面と受光センサ装置との間の距離を求めることにより、受光センサ装置の高さを求めることができる。
【００７３】
また、受光センサ装置が常に水平基準面の上又は下に配置されていることが明らかな条件で、建設機械制御システムを使用する場合には、上記の操作を省略することができる。受光センサ装置の他の構成は受光部が１つになること以外は全て同一である。
【００７４】
（１．３．４）３つ以上の受光部を有する受光センサ装置
また、受光センサ装置１５４又は１５４ａに設ける受光部を３つ以上にしても良い。受光部の数以外の構成は前記の受光センサ装置の構成と同一である。この場合には、図２３で説明したような２つのファンビームによる信号の干渉が１つの受光部で起きたとしても、他の２つ以上の受光部で同時に干渉が起こることはない。従って、干渉が起った受光部の測定値を捨て、残りの２つの受光部によって受光された測定値を用いることにより、２つのファンビームを偏光によって識別できない場合においても正確な計測を行なうことができる。
【００７５】
図２５（ａ）乃至（ｆ）に全方向受光可能な受光センサ装置１５４ｂの実施形態を図示する。図２５（ａ）に示すように、全方向受光可能な受光センサ装置１５４ｂは、支柱１８０と、３つの受光部１５５ｄ、１５５ｅ、１５５ｆと、受光センサ制御部１７７とを有する。３つの受光部１５５ｄ、１５５ｅ、１５５ｆは支柱１８０に等間隔に取付けられ、受光センサ制御部１７７は支柱の下部に取付けられる。図２５（ｂ）乃至（ｄ）に示すように、各受光部１５５ｄ、１５５ｅ、１５５ｆはそれぞれ環状のシリンドリカルフレネルレンズ１７６と、環状のファイバーシート１７５と、環状に配置された複数の受光素子１７３とを有し、これらは同心円状に配列される。更に、環状に配置された受光素子１７３の内側には受光素子制御部１７４が設けられる。図２５（ｅ）及び（ｆ）に示すように、受光センサ制御部１７７は表示部１５７と、警告部１６１、例えば、ブザーと、入力キー１６２と、記憶部１６５と、受光状態判断部１６６と、外部通信部１７８とを有する。
【００７６】
ファンレーザビームが各受光部に照射されると、光はシリンドリカルフレネルレンズ１７６によって、ファイバーシート１７５を介して受光素子１７３に合焦される。受光素子１７３は光を受けると、受光信号を受光素子制御部１７４に送る。各受光部１５５ｄ、１５５ｅ、１５５ｆに内蔵された受光素子制御部１７４は受光信号を受光センサ制御部１７７に送る。受光センサ制御部１７７における信号の処理は、受光センサ装置１５４における信号の処理と同じである。
【００７７】
（１．４）建設機械制御システムの作動
（１．４．１）受光センサ装置による高さ位置の測定
（１．４．１．１）２つの受光部を有する受光センサ装置による測定
回転レーザ装置１５１及び受光センサ装置１５４による高さの測定手順を説明する。図２６に示す信号処理の手順を使用して受光センサ装置１５４の高さを測定する。まず、受光部１５５、１５６が回転レーザ装置１５１の発するファンビーム１５２、１５３を受光する。受光部１５５、１５６はビームを受光すると図１９に示すような信号を発生する。この信号は受光センサ装置１５４の受光状態判断部１６６に送られ、時間間隔ｔ₁、ｔ₂、ｔ₃が計算される。
【００７８】
受光状態判断部１６６は（数式１６）を使用して、記憶部１６５に記憶されているファンビーム１５２、１５３の傾き角α、β及び時間間隔ｔ₁、ｔ₂、ｔ₃から受光センサ装置１５４の傾斜角εを計算する。受光状態判断部１６６は更に、（数式１４）、（数式１５）を使用して、記憶部１６５に記憶されている受光部１５５と受光部１５６との間隔Ｄ、時間間隔ｔ₁、ｔ₂、ｔ₃、及び先に計算した傾斜角εから、水平基準面から受光部１５６までの鉛直距離ｄ₁、水平基準面から受光部１５５までの鉛直距離ｄ₂を計算する。
このようにして得られた計算結果ｄ₁、ｄ₂を表示部１５７に送って表示することによって、回転レーザ装置１５１に対する受光センサ装置１５４の高さを測定することができる。
【００７９】
（１．４．１．２）単一の受光部を有する受光センサ装置による高さ測定
図２７を参照して、受光部が１つだけの実施形態における測定手順を説明する。受光部がファンビーム１５２、１５３を受光すると、図１６に示すような信号を発生する。この信号は受光状態判断部１６６に送られ、受光時間間隔ｔが計算される。受光時間間隔ｔ、ファンビームレーザー光１５２、１５３の回転周期Ｔ、及び傾き角α、βを使用して、（数式４）により角度γを計算する。前述のように角度γは、受光部の置かれた点Ｂとファンビームレーザ光の回転中心Ｃとを結ぶ直線と、水平面とのなす角である。角度γは表示部１５７に送られ、表示される。また、受光部と水平面との間の鉛直距離、即ち高さは、前記のように求められた角度γと、後述するＧＰＳ装置によって求められる距離Ｌ（受光部と回転中心Ｃとの間の水平方向距離）から（数式１８）を使用して計算することができる。
【００８０】
（１．４．１．３）３つ以上の受光部を有する受光センサ装置による高さ測定
受光部が３つ以上の実施形態においては、３つ以上の受光部で同時にファンビームを受光する。次に、受光したデータの中から、ファンビームの時間間隔が十分に大きく、信号に干渉が起っていない任意の２組の受光データを選択する。２組の受光データを選択した後の計算は図２６に示した計算手順と全く同じである。ただし、受光部の間隔Ｄには、選択した２つの受光部の間の間隔を使用して計算する。
【００８１】
回転レーザ装置を、異なる偏光の２つのレーザビームを射出する回転レーザ装置１５１ａとし、受光センサ装置を異なる偏光のファンビームを識別する受光センサ装置１５４ａとすることによって、レーザービームの検出時間間隔が短い場合であっても精度の良い測定をすることができる。この場合においても、上記の測定手順と同一の測定手順で測定を行うことができる。
【００８２】
（１．４．２）ＧＰＳによる位置測定
図２８を参照して、ＧＰＳによる位置測定を説明する。建設機械、例えば、ブルドーザ５０２は、受光センサ装置１５４と、ＧＰＳ受信装置５１０と、制御装置６５０と、表示部６５５と、操作部６５６と、ブレード駆動部６７１と、油圧シリンダ５７３と、整地器具、例えば、ブレード５０５とを有する。ＧＰＳ受信装置５１０は、ＧＰＳアンテナ５０９と、受信部５５３と、信号処理部６５４とを有する。更に、制御装置６５０は演算部６５１と、記憶部６５２とを有する。ブレード駆動部６７１は電気／油圧回路６７２及び電磁弁（図示せず）を有する。一方、ＧＰＳベース装置５０１はＧＰＳベースアンテナ５０８と、無線送信機５５７とを有し、回転レーザ装置１５１に隣接して配置される。
【００８３】
ＧＰＳアンテナ５０９は、ブルドーザの屋根等、衛星からの電波を遮るものが少ない位置に取付けられ、衛星からの電波を受信する。一方、ＧＰＳベース装置５０１に設けられたＧＰＳベースアンテナ５０８も衛星からの電波を受信する。ＧＰＳベースアンテナ５０８によって受信された電波は変換され、無線送信機５５７を介して、建設機械５０２に設けられた受信部５５３に送信される。ＧＰＳアンテナ５０９が受信した電波及び受信部５５３が受信した電波は、信号処理部６５４に送られて、増幅され、所定の信号形態に変換される。信号処理部６５４は、ＧＰＳアンテナ５０９及びＧＰＳベースアンテナ５０８が受信した電波をもとに、各アンテナの水平面内における位置、及びＧＰＳベースアンテナ５０８とＧＰＳアンテナ５０９との間の距離を計算する。計算された位置及び距離を基に回転レーザ装置１５１と、建設機械５０２に取付けられた受光センサ装置１５４との間の距離を計算する。
ＧＰＳによる位置の測定は、上記のキネマチック方式の他、移動する点を時々刻々検出することができる任意の方式を採用することができる。
【００８４】
（１．４．３）建設機械の制御
図２８を更に参照して、建設機械の制御について説明する。
制御装置６５０に内蔵された記憶部６５２は、施工図に基づく地形データ、即ち平面座標に対する地面の高さデータ、回転レーザ装置１５１の水平面内における位置、回転レーザ装置１５１の高さ位置、及びブレード刃先５０５ａから受光センサ装置１５４の基準位置までの高さデータを格納している。更に、記憶部６５２には、建設機械５０２の水平面内の位置及び高さ位置と、施工図に基づく地形データとを基にブレード５０５を制御するためのプログラムが格納されている。また、ファンビームレーザの受光間隔から受光センサ装置１５４の高さを計算する前述の演算を制御装置６５０の内部で行う場合には、その演算プログラムも記憶部６５２に格納しておく。なお、制御装置６５０はパーソナルコンピュータによって代表されるような装置で構成することができる。
【００８５】
信号処理部６５４からの建設機械１０２の位置データ（Ｘ１，Ｙ１）、及び受光センサ装置１５４からの高さ位置のデータＨ１は制御装置６５０に内蔵された演算部６５１に入力される。ブレード５０５の制御プログラムは、入力された位置データ（Ｘ１，Ｙ１）と、予め記憶部６５２に記憶させておいた平面座標に対する地面の高さデータから、その位置（Ｘ１，Ｙ１）における所望の地面の高さＨ２を求める。また、受光センサ装置１５４はポール５０６に取付けられており、受光センサ装置１５４及びポール５０６はブレード５０５と共に上下に移動する。この受光センサ装置１５４からブレードの刃先５０５ａまでの距離Ｈ３を記憶部６５２に予め記憶させておく。次に、高さデータＨ１から、距離Ｈ３を差し引くことにより現在のブレードの刃先５０５ａの高さＨ４を計算する。続いて、所望の地面の高さＨ２と、ブレードの刃先５０５ａの高さＨ４とを比較してブレード５０５の移動量を演算する。
【００８６】
制御装置６５０で計算されたブレード５０５の移動量はブレード駆動部６７１に入力される。ブレード駆動部６７１は、入力された移動量に基づいて電気／油圧回路６７２の電磁弁を開閉し、油圧シリンダ５７３を駆動する。即ち、演算部６５１は、所要のシーケンスに従って電気／油圧回路６７２に電磁弁の開閉制御指令を発する。電磁弁を開閉することで油圧シリンダ５７３への圧油の給排を行い、又は流量を調節することにより油圧シリンダ５７３を所要の方向に、所要の速度で移動させ、それにより、ブレード５０５を所要の方向に所要の速度で上下に移動させる。ブレード５０５の位置、又はブレード５０５による掘削の状態が表示部６５５に表示される。
【００８７】
ブレード５０５の操作を、手動で直接行えるようにしても良い。即ち、建設機械５０２の位置データ（Ｘ１，Ｙ１）、ブレードの刃先５０５ａの高さＨ４、及び所望の地面の高さＨ２と高さＨ４との差等を表示部６５５に表示する。建設機械の作業者は表示部６５５を見ながら操作部６５６を操作することによって、高さＨ２と高さＨ４との差が無くなるようにブレード５０５を操作する。操作部６５６を操作すると、その操作信号が演算部６５１に送られ、演算部６５１は電気／油圧回路６７２及び油圧シリンダ５７３を介してブレード５０５を移動させる。また、演算部６５１を介することなく、作業者がブレード駆動部６７１を直接操作するように構成しても良い。
【００８８】
また、上記の実施形態では、受光センサ装置１５４はポール５０６を介してブレード５０５に取付けられていたが、受光センサ装置１５４を建設機械５０２の車体に取付けることもできる。この場合には、受光センサ装置１５４とブレード５０５との間の距離Ｈ３が変化するので、油圧シリンダ５７３の伸縮状態を測定し、或いは、ブレード５０５を支持するアームの回転角を測定することにより、受光センサ装置１５４とブレード５０５との間の距離Ｈ３を計算する必要がある。この距離Ｈ３を演算部６５１における演算に使用することにより、高さＨ４を計算することができる。
ここでは、整地器具としてブルドーザのブレードを制御する場合について説明したが、ローラー又は他の地形を加工するための器具を整地器具として使用することができる。
【００８９】
更に、ここで説明した制御手順は、２つの異なる偏光を有するファンビームを受光する受光センサ装置１５４ａ、及び３つ以上の受光部を有する受光センサ装置を使用した場合にも全く同じ手順で実施することができる。
上記のように、本発明による建設機械制御システムを使用することによって、施工データに合致した整地作業を自動的に行うことができ、また、表示部６５５に表示されたデータを基に手動で整地作業を行うことにより、熟練度の低い作業者でも容易に整地作業を行うことができる。
【００９０】
（１．４．４）ＧＰＳ装置の省略
ここで説明した本発明の実施形態においては、ＧＰＳによる水平面内の位置の測定を回転レーザ装置１５１に隣接して配置されたＧＰＳ装置５０１と、建設機械５０２のＧＰＳ受信装置５１０との両方で行っている。しかしながら、通常の使用においては、回転レーザ装置１５１は固定した点に置かれ、頻繁に移動することはないので、一旦、回転レーザ装置１５１の位置を測定しておき、その位置を建設機械５０２に備えられた信号処理部６５４、又は演算部６５１に入力しておくことによって、ＧＰＳ装置５０１を省略することもできる。
【００９１】
（１．４．５）複数の建設機械の制御
次に、複数の建設機械、例えば、複数のブルドーザを同時に使用して整地作業を行う場合について説明する。図１に示すように、回転レーザ装置１５１はファンビームレーザ光１５２、１５３を射出し、また、ＧＰＳ装置５０１はＧＰＳアンテナ５０８が受信した位置データを送信しているだけであるから、上記の装置と同様な装置を備えた建設機械５０２ｂをもう１台用意することによって、建設機械５０２ｂについても全く同様な制御を行うことができる。即ち、建設機械５０２ｂに備えられた受光センサ装置１５４ｂによってファンビームレーザ光１５２、１５３を受光し、受信部５５３ｂによって無線送信機５５７の発した電波を受信し、ＧＰＳアンテナ５０９ｂによって人工衛星からの電波を受信することによって、全く同様の制御を行うことができる。同様に、更に多くの建設機械を同時に制御することもできる。
【００９２】
（１．４．６）回転レーザ装置の作動
回転レーザ装置１５１は、回転の全周に亘ってファンビームレーザを射出しなくても良い。即ち、上記の説明では、回転レーザ装置１５１はファンビームレーザ光１５２、１５３を全周に亘って射出しているが、レーザ光は各建設機械５０２によって受光される範囲にのみ射出されれば良い。この場合には、レーザ光線投光器１３２（図５参照）は連続点灯するのではなく、レーザ光線が各建設機械５０２の方へ射出される期間だけ点灯すれば良く、これにより、回転レーザ装置の消費電力を低減することができる。
【００９３】
このような構成を採用するには、各建設機械５０２の位置情報を回転レーザ装置１５１に伝達する通信手段を各建設機械５０２に取付ける必要がある。回転レーザ装置１５１には、前記の位置情報を受信する手段を設けて、受信した位置情報をもとに各建設機械５０２の配置された方向を演算する。次に、投光器１０３（図４参照）の回転部１０５が前記の方向を向いている間だけレーザ光を射出するように、走査モータ１０７の回転とレーザ光線投光器１３２の発光とを制御する制御手段を設ける。回転部１０５の方向はエンコーダ１１７（図５参照）によって求めることができる。
また、同様の構成によって、建設機械５０２の置かれた区間だけをファンレーザビーム１５２、１５３が往復走査するように回転レーザ装置１５１の走査モータ１０７を作動させることもできる。
【００９４】
（１．５）本発明による建設機械制御システムの他の利点
又、従来の回転レーザ装置を使用した建設機械制御システムでは、レーザが照射されている設定した水平面、又は任意の傾斜平面内に受光器が配置されているか否かだけを判別していたので、１つのレーザ発光装置について、一度に２つ以上の平面を形成することはできなかった。これに対して、本発明による建設機械制御システムに使用される回転レーザ装置では、ファンビームレーザに対する高さを検出することができるため、各々受光センサ装置１５４を備えた複数の建設機械を使用すれば、１回転中に複数の位置で任意の高さの整地作業が可能になる。
【００９５】
更に、本発明による建設機械制御システムを使用すると、水平面ばかりでなく、傾斜面、又は曲面を伴う整地作業を、作業者の熟練を要することなく容易に、かつ確実に行うことができる。また、同一の回転レーザ装置によって各建設機械毎に制御を行うため、建設機械の誤動作がないという優れた効果を発揮する。
【００９６】
（２）第２の実施形態
以下の説明は、主に本発明の第２の実施形態が本発明の第１の実施形態と異なる点について述べる。従って、以下に記載がない箇所は、前述した第１の実施形態についての説明をここに準用する。
（２．１）建設機械制御システムの全体構成
本発明の第２の実施形態では、図２９に示すように、第１の実施形態で使用した回転レーザ装置１５１の代りに、波長の異なる２つのファンビームレーザ光２５２、２５３を射出する回転レーザ装置２５１を使用し、第１の実施形態で使用した受光センサ装置１５４の代りに、異なる波長の２つのファンビームレーザ光を識別することができる受光センサ装置２５４を使用する。他の構成は第１の実施形態と同じである。
【００９７】
（２．２）波長の異なる２つのファンビームレーザ光を射出する回転レーザ装置第２の実施形態による回転レーザ装置２５１を図３０に示す。本発明の第２の実施形態においては、レーザ投光器２０３及びその回転部２０５以外の構成は第１の実施形態と同一である。第１の実施形態に対応するその他の図３０に示す構成要素は、全て参照番号の百の位を２に換えて図示されている。
【００９８】
本発明の第１の実施形態では異なる偏光を有する２つのファンビームを使用したが、本発明の第２の実施形態では異なる波長を有する２つのファンビームを使用する。
第２の実施形態では、回転レーザ装置２５１より射出される２つのファンビーム２５２、２５３を異なる波長にして、２つのファンビームを区別できるように構成する。このような構成によっても、２つのファンビームに異なる偏光を与えたのと同様の効果が得られる。
【００９９】
第２の実施形態による回転レーザ装置２５１のレーザ投光器２０３及び回転部２０５を図３１に示す。図３１に示すように、レーザ投光器２０３には、２つのレーザ光線投光器２３２、２４３が内蔵されており、それらは各々異なる波長の光を射出する。レーザ光線投光器２３２及び２４３にレーザダイオードを使用した場合、各レーザ光は直線偏光になる。なお、図３１では、レーザ光線投光器２３２が発したレーザ光の偏光方向を破線で指示し、レーザ光線投光器２４３の発したレーザ光の偏光方向を一点鎖線で指示している。各レーザ光は偏光ビームスプリッター２４２に入射される。偏光ビームスプリッター２４２はレーザ光線投光器２３２から射出されたＸ方向に偏光されたレーザ光を透過し、レーザ光線投光器２４３より射出されたＸ方向と直交するＹ方向に偏光されたレーザ光を反射するように構成される。偏光ビームスプリッター２４２を透過し、又は反射した各レーザ光は、共通のコリメートレンズ２３３によって平行光に形成され１／４波長板２４０に入射する。１／４波長板２４０は、レーザ投光器２０３から射出されるレーザ光がそれぞれ回転方向が異なる円偏光になるような方向に配置される。１／４波長板２４０を透過した各レーザ光は再び、回転部２０５に設けられた１／４波長板２３９に入射し、直線偏光になる。
【０１００】
回転部２０５は回転自在に保持されているが、射出されたレーザ光が円偏光であるので回転の影響を受けることはなく、再度１／４波長板２３９を透過して直線偏光になった時の偏光方向は、前記１／４波長板２３９により決定される。１／４波長板２３９を透過した各レーザ光は偏光ビームスプリッター２４１に入射する。偏光ビームスプリッター２４１は、レーザ光線投光器２３２から射出されたレーザ光を反射し、レーザ光線投光器２４３から射出されたレーザ光を透過するように構成される。
【０１０１】
反射したレーザ光は、再度１／４波長板２３８に入射して円偏光となり、次にシリンダーミラー２３６により反射される。シリンダーミラー２３６は、レーザ光が回転部２０５より射出された際に水平面に対してαの角度になるように配置される。シリンダーミラー２３６から反射されたレーザ光は、再度１／４波長板２３８を透過して入射レーザ光に対し偏光方向が９０°回転する。それにより、１／４波長板２３８を透過したレーザ光は、今度は、偏光ビームスプリッター２４１を透過することができ、回転部２０５より射出される。
【０１０２】
一方、偏光ビームスプリッター２４１を透過したレーザ光は、同様に再度１／４波長板２３７に入射して円偏光となり、次にシリンダーミラー２３５により反射される。シリンダーミラー２３５は、レーザ光が回転部２０５より射出した際に水平面に対しβの角度になるような方向に配置される。シリンダーミラー２３５によって反射されたレーザ光は、再度１／４波長板２３７を透過して入射レーザ光に対し偏光方向が９０°回転する。それにより、１／４波長板２３７を透過したレーザ光は、今度は、偏光ビームスプリッター２４１によって反射され回転部２０５より射出される。
なお、偏光ビームスプリッター２４２には、ダイクロックミラーを使用することもできる。
【０１０３】
（２．３）受光センサ装置
本発明の第２の実施形態による受光センサ装置２５４の正面図を図３２（ａ）に、そのＡ−Ａ断面図を（ｂ）に示す。波長の異なる光を識別する受光部以外の構成は本発明の第１の実施形態と同一である。本発明の第２の実施形態において、本発明の第１の実施形態に対応するその他の図３２に示す構成要素は、全て参照番号の百の位を２に換えて図示されている。
図３２に示すように、第２の実施形態による受光センサ装置２５４は、受光部２５５、２５６に入射したファンビーム２５２、２５３の波長を判別し、区別できるように構成される。受光部２５５、２５６は、入射レーザ光の波長に応じてレーザ光を透過し、又は反射するダイクロックミラー２６８、２６９を有する。ダイクロックミラー２６８、２６９を透過する光に対して受光部２５５ｃ、２５６ｃを設け、反射する光に対して受光部２５５ｂ、２５６ｂを設けて、入射レーザ光の波長を判別できるように構成する。
【０１０４】
（２．４）第２の実施形態による建設機械制御システムの作動
本発明の第２の実施形態による建設機械制御システム２００に対しても、本発明の第１の実施形態において説明した測定手順をそのまま適用することができる。
【０１０５】
（３）第３の実施形態
以下の説明は、主に本発明の第３の実施形態が本発明の第１の実施形態と異なる点について述べる。従って、以下に記載がない箇所は、前述した第１の実施形態についての説明をここに準用する。
（３．１）建設機械制御システムの全体構成
本発明の第３の実施形態による建設機械制御システムの概略を説明する。図３３に示すように、第３の実施形態による建設機械制御システム３００は回転レーザ装置３５１と受光センサ装置３５４とを含む。回転レーザ装置３５１はファンビーム３５２及び３５３を射出ながら点Ｃを中心に回転し、受光センサ装置３５４はファンビーム３５２、３５３を受光する。ファンビームを射出する角度等はすべて第１の実施形態と同一である。
【０１０６】
（３．２）異なる周波数で変調した２つのファンビームレーザ光を射出する回転レーザ装置
本発明の第３の実施形態による回転レーザ装置３５１を図３４に示す。レーザ投光器３０３及び回転部３０５以外の構成は第１の実施形態と同一である。本発明の第３の実施形態において、本発明の第１の実施形態に対応するその他の図３３に示す構成要素は、全て参照番号の百の位を３に換えて図示されている。
本発明の第１の実施形態では異なる偏光を有する２つのファンビームを使用したが、本発明の第３の実施形態では異なる周波数で変調した２つのファンビームを使用する。
【０１０７】
第３の実施形態では、回転レーザ装置３５１より射出される２つのファンビーム３５２、３５３に異なる周波数による変調を与え、２つのファンビームを区別できるように構成する。このような構成によっても、２つのファンビームに異なる偏光を与えたのと同様の効果が得られる。
【０１０８】
第３の実施形態による回転レーザ装置３５１のレーザ投光器３０３及び回転部３０５を図３５に示す。図３５に示すように、レーザ投光器３０３には、２つのレーザ光線投光器３３２、３４３が内蔵されており、それらは各々異なる周波数で変調された光を射出する。レーザ光線投光器３３２及び３４３にレーザダイオードを使用した場合、各レーザ光は直線偏光になる。なお、図３５では、レーザ光線投光器３３２が発したレーザ光の偏光方向を破線で指示し、レーザ光線投光器３４３の発したレーザ光の偏光方向を一点鎖線で指示している。レーザ光線投光器３３２、３４３が発生したレーザ光を射出するための光学系は第２実施形態と同様である。
【０１０９】
（３．３）受光センサ装置
本発明の第３の実施形態による受光センサ装置３５４の正面図を図３６（ａ）に、そのＡ−Ａ断面図を（ｂ）に示す。なお、異なる周波数により変調された光を識別する受光部以外の構成は第１の実施形態と同一である。本発明の第３の実施形態において、本発明の第１の実施形態に対応するその他の図３６の構成要素は、全て参照番号の百の位を３に換えて図示されている。
図３６に示すように、本発明の第３の実施形態による受光センサ装置３５４は、受光部３５５、３５６に入射したファンビーム３５２、３５３の変調周波数を受光状態判断部３６６で判別し、区別できるように構成される。受光部３５５、３５６は、入射レーザ光の変調周波数に応じてレーザ光を透過し、又は反射するビームスプリッター３６８、３６９を有する。ビームスプリッター３６８、３６９を透過した光に対して受光部３５５ｃ、３５６ｃを設け、反射した光に対して受光部３５５ｂ、３５６ｂを設けて、入射レーザ光の変調周波数を判別できるように構成する。
【０１１０】
（３．４）第３の実施形態による建設機械制御システムの作動
本発明の第３の実施形態による建設機械制御システム３００に対しても、以下に説明する事項を除き、本発明の第１の実施形態において説明した測定手順をそのまま適用することができる。
（３．４．１）ファンビームの変調態様とその検出
２つのファンビーム３５２、３５３に与える変調について説明する。各ファンビームには、図３７に示すように、異なる周期で点滅を繰り返すように変調を加えることができる。図３８は、受光部で検出されるファンビーム３５２、３５３の一例を示したものである。各ファンビームの点滅周期には、各ファンビームを互いに区別できるように、十分な差を設けておく。また、点滅周期は、ファンビーム３５２、３５３が受光センサ装置３５４の受光部３５５、３５６を横切るのに要する時間ｔ_aよりも十分に短くなるように設定する。受光部で検出されたファンビーム３５２、３５３の検出信号を、図３８に破線で示したような周期の長い波として処理することにより、２つのファンビーム３５２、３５３の受光時間間隔ｔ₀を得ることができる。
【０１１１】
受光センサ装置には変調周波数判別回路を設けておき、ファンビーム３５２とファンビーム３５３とを区別して検出する。変調周波数判別回路では、所定の時間内に検出されるレーザビームのパルス数をカウントすることによって変調周波数を測定し、それにより２つのファンビームを区別する。２つのファンビーム３５２、３５３を区別して検出することができれば、受光センサ装置の受光部が１つだけの場合においても、受光センサ装置が水平基準面の上にあるのか、下にあるのかを一回の測定で判別することができる。
別の変調の与え方として、図３９に示すように、ファンビーム３５２、３５３が交互に発光するように変調をかけても良い。このように変調をかけた場合には、図４０に示すように受光時間間隔が短い場合でも、２つのファンビームを判別することができ、受光時間間隔ｔ₀を正確に検出することができる。
【０１１２】
更に別の変調の与え方として、図３７の変調と図３９の変調の特徴を併せ持つ変調を与えても良い。即ち、図４１に示すように、ファンビーム３５２、３５３が交互に発光するように変調をかけ、さらに各ファンビームが点灯している周期の間に更に細かい周期で点滅を繰り返すように変調をかける。交互に点灯する周期の間に点滅を繰り返す細かい周期は、ファンビーム３５２と、ファンビーム３５３で異なる周期を持つように点滅周期を設定する。このような変調を与えると２つのファンビーム３５２、３５３を区別することができ、受光センサ装置が水平基準面の上にあるのか、下にあるのかを判別することができる。同時に、ファンビームの受光間隔が短い場合にも受光時間間隔ｔ₀を正確に検出することができる。
【０１１３】
（４）他の実施形態
（４．１）ファンビームの別の構成態様
以上の実施形態は全て、２つのファンビームを射出する回転レーザ装置を用いているが、３つ以上のファンビームレーザを同時に発生する回転レーザ装置を使用して建設機械制御システムを構成することもできる。その場合には、ファンビームの中から適当な２つのファンビームレーザ光を選択して、上記の実施形態と全く同様に測定を行うことができる。
【０１１４】
図４２は、ファンビームの射出パターンの例である。図４２（ａ）乃至（ｊ）は受光センサ装置の方向から見たファンビームの断面であり、一点鎖線は水平基準面を表す。上記の実施形態では図４２（ａ）は図１及び図２に示したファンビームの射出パターンであり、図４２（ｂ）は図１７に示した射出パターンである。図４２（ｃ）乃至（ｊ）は３つ以上のファンビームを射出する射出パターンの例である。各ファンビームは、ファンビームと水平基準面を表す一点鎖線との交点が等間隔になるように配置するのが良い。図４２（ａ）及び図４２（ｃ）乃至（ｊ）の射出パターンにおいては、受光センサ装置が水平面上にある場合にもファンビームが重ならないため、各ファンビームに異なる偏光等を与えなくても正確に受光時間間隔を計測することができる。
【０１１５】
また、図４２（ｃ）乃至（ｇ）及び図４２（ｉ）（ｊ）の射出パターンの場合には、３つのファンビームが順に検出されることによって生じる２つの時間間隔が水平面上において等しくなるため、水平基準面を容易に求めることができる。また、前記したようにファンビームの中から適当な２つのファンビームレーザ光を選択して、前記の実施形態と全く同様に測定を行うこともできるが、前記２つの時間間隔の比に対応する前記受光センサの水平面となす角度の組み合わせが１つであることから、２つの時間間隔の比により、直接時間比に対応する受光センサの水平面となす角度を求めることができる。２つのファンビームレーザ光だけでは、前記受光センサの水平面となす角度を求めるのに、必ず回転レーザ装置の回転周期Ｔが必要であったが、３つ以上のファンビームの場合には必要ない。これは、前記実施例が、回転レーザ装置の回転むら誤差に影響されず精度が良い測定が可能であることを示す。
【０１１６】
更に、図４２（ｈ）の射出パターンの場合には、４つのファンビームによって３つの受光時間間隔が形成されるため、それらを平均化することにより計測精度を向上させることができる。図４２（ｉ）（ｊ）の射出パターンにおいては、水平面付近とそれ以外の部分で感度が変化する。即ち、水平面付近においては、受光センサ装置が水平面から少し外れると受光時間間隔が大きく変化するが、水平面から離れた所では、受光センサ装置を鉛直方向に移動させても受光時間間隔はあまり変化しない。これにより、受光時間間隔によって水平基準面を精度良く検出することが可能になる。なお、本明細書においては、図４２（ｉ）（ｊ）の中央のレーザビームのような曲面又は折れ面状に広がるレーザビームもファンビームと呼ぶ。また、ファンビームレーザ光の傾斜角度は、曲面又は折れ面のファンビームにおいては面上の任意の点における接線の傾斜角度を言うものとする。
【０１１７】
受光したファンビームを基に水平基準面からの高さを求める計算は、図４２（ｃ）乃至（ｈ）の射出パターンについては、任意の２つのファンビームに対して前記実施形態の計算手順を繰り返し適用することによって同様に行うことができる。図４２（ｉ）（ｊ）の射出パターンについては計算手順を適宜変更して水平基準面からの高さを計算する。
【０１１８】
上記の射出パターンは全て、図６に示すように、ファンビームを射出する光学系の途中に適当な回折格子を配置することによって実現することができる。更に、回折格子を使用せずに上記の射出パターンを形成することもできる。図４３は図４２（ｃ）のファンビームを形成する回転レーザ装置のレーザ投光器４０３及び回転部４０５の一実施形態である。図４３は、第１の実施形態に対応する構成要素は全て百の位を４に換えて図示されている。レーザ光線はレーザ光線投光器４３２から射出され、コリメートレンズ４３３、１／４波長板４４０、４３９を通って偏光ビームスプリッター４４１に入射する。偏光ビームスプリッター４４１に入射したレーザ光の一部は透過し、１／４波長板４３７を通ってシリンダーミラー４３５によって反射され、再び１／４波長板４３７を通って、偏光ビームスプリッター４４１に入射する。入射したレーザ光は、今度はビームスプリッター４４１によって反射され、水平基準面に対してβ度傾斜したファンビーム４５３として射出される。
【０１１９】
一方、１／４波長板４３９を出て偏光ビームスプリッター４４１に入射したレーザ光の一部は、ビームスプリッター４４１によって反射され、１／４波長板４３８に入射する。１／４波長板４３８に入射したレーザ光はそれを通過し、偏角プリズム４６０を通ってシリンダーミラー４３６によって反射される。該シリンダーミラー４３６は鉛直方向に広がるファンビームを射出するような方向に配置される。シリンダーミラー４３６によって反射されたレーザ光は再び偏角プリズムに入射して、鉛直方向に広がる２つのファンビームに形成される。これらのファンビームは、更に１／４波長板４３８及びビームスプリッター４４１を通ってファンビーム４５２ａ、４５２ｂとして射出される。
【０１２０】
次に、図４４を参照して、図４２（ｃ）の形状のファンビームを形成するための回転レーザ装置のレーザ投光器及び回転部の別の実施形態を説明する。本実施形態のレーザ投光器５０３は、レーザ光線投光器５３２と、コリメートレンズ５３３とを有する。また、本実施形態の回転部５０５は、３つの等倍ビームエキスパンダ５６２ａ、５６２ｂ、５６２ｃと、３つのシリンドリカルレンズ５６４ａ、５６４ｂ、５６４ｃと、３つのミラー５６６ａ、５６６ｂ、５６６ｃと、を有する。
【０１２１】
レーザ光線投光器５３２から射出されたレーザ光は、コリメートレンズ５３３によって平行光にされる。コリメートレンズ５３３を透過したレーザ光は、回転部５０５の３つの等倍ビームエキスパンダ５６２ａ、５６２ｂ、５６２ｃに入射する。各等倍ビームエキスパンダ５６２に入射した各レーザ光は、各々所定の偏角を与えられる。等倍ビームエキスパンダ５６２ａ、５６２ｂ、５６２ｃを透過したレーザ光は、夫々、シリンドリカルレンズ５６４ａ、５６４ｂ、５６４ｃによってファンビーム５５３、５５２ｂ、５５２ａに形成される。各シリンドリカルレンズ５６４ａ、５６４ｂ、５６４ｃによってファンビームに形成されたレーザ光は、夫々、ミラー５６６ａ、５６６ｂ、５６６ｃによって反射され、回転レーザ装置の回転軸と直交する方向に射出される。
【０１２２】
この際、レーザ光は、等倍ビームエキスパンダ５６２を透過し、ミラー５６６によって１回反射されるので、レーザ光が偏向される角度は、回転部５０５の透過偏角のみに依存する。従って、ファンビーム５５３、５５２ｂ、５５２ａの射出方向は、レーザ投光器５０３と回転部５０５との間のガタによる影響を受けることがない。適用によっては、レーザ投光器５０３から射出され、各等倍ビームエキスパンダ５６２に入射するレーザ光以外の光を遮断するために、等倍ビームエキスパンダ５６２の下方に遮光用のマスク（図示せず）を取付けても良い。或いは、レーザ光線投光器５３２から射出され、コリメートレンズ５３３に入射するレーザ光以外の光を遮断するために、レーザ光線投光器５３２とコリメートレンズ５３３との間に遮光用のマスク（図示せず）を取付けても良い。
【０１２３】
次に、図４５及び図４６を参照して、図４２（ｃ）の形状のファンビームを形成するための回転レーザ装置のレーザ投光器及び回転部の更に別の実施形態を説明する。本実施形態のレーザ投光器６０３は、レーザ光線投光器６３２と、コリメートレンズ６３３とを有する。また、本実施形態の回転部６０５は、３つの穴６７２ａ、６７２ｂ、６７２ｃを有する遮光用のマスク６７２と、マスク６７２を通過したレーザ光を偏向させるためのペンタプリズム６７４と、ペンタプリズム６７４に取付けられ、ファンビームを形成するためのシリンドリカルレンズ６７５、６７６と、ペンタプリズム６７４に取付けられ、ペンタプリズム６７４から射出されたレーザ光を更に水平方向に偏向させるためのウエッジプリズム６７８と、を有する。
【０１２４】
レーザ光線投光器６３２から射出されたレーザ光は、コリメートレンズ６３３によって平行光にされる。コリメートレンズ６３３を透過したレーザ光は、回転部６０５の遮光用のマスク６７２に入射する。マスク６７２に設けられた穴６７２ａを通過したレーザ光は、ペンタプリズム６７４に直接入射し、偏向される。図４６に示すように、穴６７２ａを通過し、ペンタプリズム６７４の底面に直接入射したレーザ光は、９０゜偏向され、ペンタプリズム６７４の鉛直面から射出する。このレーザ光は、ペンタプリズム６７４の鉛直面に取付けられたシリンドリカルレンズ６７６に入射し、水平面に対して所定の角度傾斜したファンビーム６５３に形成される。一方、マスク６７２に設けられた穴６７２ｂ、６７２ｃを通過したレーザ光は、ペンタプリズム６７４の底面に取付けられたシリンドリカルレンズ６７５に夫々入射してファンビームに形成され、ペンタプリズム６７４によって９０゜偏向される。これらのレーザ光は、ペンタプリズム６７４の鉛直面のシリンドリカルレンズ６７６の下方に取付けられたウエッジプリズム６７８に入射して水平方向に偏向され、ファンビーム６５２ａ、６５２ｂとして射出される。
【０１２５】
この際、レーザ光は、ペンタプリズム６７４の中で夫々２回ずつ反射されるので、レーザ光が偏向される角度は、ペンタプリズム６７４の透過偏角のみに依存する。従って、ファンビーム６５３、６５２ｂ、６５２ａの射出方向は、レーザ投光器６０３と回転部６０５との間のガタによる影響を受けることがない。適用によっては、レーザ光線投光器６３２から射出され、コリメートレンズ６３３に入射するレーザ光以外の光を遮断するために、レーザ光線投光器６３２とコリメートレンズ６３３との間に遮光用のマスク（図示せず）を取付けても良い。
【０１２６】
（４．２）建設機械制御システムの他の構成
以上に、様々な実施形態の建設機械制御システムを説明した。即ち、２つのファンビームが水平基準面上で交差する回転レーザ装置、水平面以外で交差する回転レーザ装置、３つ以上のファンビームを射出する回転レーザ装置、２つのファンビームに異なる偏光を持たせた回転レーザ装置、異なる周波数による変調若しくは異なる波長を持たせた回転レーザ装置、さらに、単一の受光部を有する受光センサ装置、２つ以上の受光部が鉛直方向若しくは水平方向並べられた受光センサ装置、異なる偏光のファンビームを識別することができる受光センサ装置、異なる周波数による変調若しくは異なる波長のファンビームを識別することができる受光センサ装置等が組み込まれた建設機械制御システムである。当業者には明らかなように、本発明の示唆の範囲内で上記の実施形態を適宜組合せて建設機械制御システムを構成することができる。
【０１２７】
【発明の効果】
本発明により、単一の回転レーザ装置で複数の建設機械を制御し、それら複数の建設機械が異なる高さの水平面を整地することが可能になる。また、本発明により、建設機械を制御して作業者の熟練度に左右されずに能率的に傾斜面を整地することが可能になり、更に、複数の建設機械が異なる傾斜の傾斜面を同時に整地することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の建設機械制御システムの概略を示す図である。
【図２】本発明の建設機械制御システムの回転レーザ装置及び受光センサ装置の位置関係を示す図である。
【図３】回転レーザ装置が射出するファンビームの広がりを示す三面図である。
【図４】回転レーザ装置の断面図である。
【図５】回転レーザ装置の他の実施形態である。
【図６】回転レーザ装置の更に別の実施形態である。
【図７】回転レーザ装置において、回折格子を通過したレーザビームがファンビームに形成される様子を表わす図である。
【図８】２つの異なる偏光を有するファンビームを使用する場合の本発明の建設機械制御システムの概略を示す斜視図である。
【図９】２つの異なる偏光を有するファンビームを射出する回転レーザ装置の断面図である。
【図１０】回転レーザ装置のレーザ投光器及び回転部の分解図である。
【図１１】２つのファンビームを発生させる回転レーザ装置の他の実施形態である。
【図１２】２つのファンビームを発生させる回転レーザ装置の更に別の実施形態である。
【図１３】回転レーザ装置の２つのファンビームを発生させるシリンダーレンズの実施形態である。
【図１４】本発明の建設機械制御システムに含まれる受光センサ装置の正面図である。
【図１５】本発明の建設機械制御システムに含まれる受光センサ装置の断面を表わす模式図である。
【図１６】本発明の建設機械制御システムに含まれる受光センサ装置が検出する信号のグラフである。
【図１７】回転レーザ装置の２つのファンビームが水平面内で交わる実施形態の斜視図である。
【図１８】本発明の建設機械制御システムに含まれる２つの受光部と２つのファンビームとの位置関係を表わす図である。
【図１９】図１８の位置関係の場合に検出される信号のグラフである。
【図２０】本発明の建設機械制御システムに含まれる受光センサ装置が傾斜した場合の２つの受光部と２つのファンビームとの位置関係を表わす図である。
【図２１】本発明の建設機械制御システムに含まれる２つの受光部が水平方向に配置された場合の２つの受光部と２つのファンビームとの位置関係を表わす図である。
【図２２】図２１の位置関係の場合に検出される信号のグラフである。
【図２３】回転レーザ装置の２つのファンビームの受光間隔が短い場合に受光部で検出される信号のグラフである。
【図２４】本発明の建設機械制御システムに含まれる２つの異なる偏光のファンビームレーザを受光するための受光センサ装置の構成を示す図である。
【図２５】本発明の建設機械制御システムに含まれる全方向受光可能な受光センサ装置の実施形態である。
【図２６】本発明の建設機械制御システムにおける高さの測定手順を示すブロック図である。
【図２７】本発明の建設機械制御システムに含まれる受光センサ装置が単一の受光部を有する場合の、高さの測定手順を示すブロック図である。
【図２８】本発明の建設機械制御システムの作動を表すブロック図である。
【図２９】本発明の建設機械制御システムの第２の実施形態に含まれる回転レーザ装置及び受光センサ装置の位置関係を示す図である。
【図３０】本発明の第２の実施形態に含まれる回転レーザ装置の断面図である。
【図３１】本発明の第２の実施形態に含まれる２つの波長のレーザ光線を使用する回転レーザ装置の分解図である。
【図３２】第２の実施形態に含まれる受光センサ装置の受光部の構成を示す図である。
【図３３】本発明の建設機械制御システムの第３の実施形態に含まれる回転レーザ装置及び受光センサ装置の位置関係を示す図である。
【図３４】本発明の第３の実施形態に含まれる回転レーザ装置の断面図である。
【図３５】本発明の第３の実施形態に含まれる２つの異なる周波数で変調されたレーザ光線を使用する回転レーザ装置の分解図である。
【図３６】第３の実施形態に含まれる受光センサ装置の受光部の構成を示す図である。
【図３７】変調周波数の異なる２つのレーザ光の一例を示す図である。
【図３８】受光部で検出された変調周波数の異なる２つのファンビームの一例を示す図である。
【図３９】交互に発光するように変調された２つのレーザ光の一例を示す図である。
【図４０】交互に発光するように変調された２つのレーザ光が、受光部で受光された際の信号の一例を示す図である。
【図４１】交互に発光するように変調され、かつ変調周波数の異なる２つのレーザ光の一例を示す図である。
【図４２】ファンビームレーザの射出パターンの例を示す図である。
【図４３】３つのファンビームレーザ光を射出する投光器及び回転部を示す分解斜視図である。
【図４４】３つのファンビームレーザ光を射出する投光器及び回転部の別の実施形態を示す分解斜視図である。
【図４５】３つのファンビームレーザ光を射出する投光器及び回転部のまた別の実施形態を示す分解斜視図である。
【図４６】ペンタプリズム内の光路を示す側面図である。
【図４７】従来の建設機械制御システムを示す略図である。
【図４８】回転レーザ装置とＧＰＳを用いた従来の建設機械制御システムの略図である。
【符号の説明】
１００:建設機械制御システム
１０１:ケーシング
１０２:凹部
１０３:レーザ投光器
１０４:球面座
１０５:回転部
１０６:走査モータ
１０７:駆動ギア
１０８:走査ギア
１０９:ペンタプリズム
１１０:傾斜機構
１１１:傾斜用モータ
１１２:傾斜用スクリュー
１１３: 傾斜ナット
１１４、１１５:駆動ギア
１１６:傾斜用アーム
１１７:エンコーダ
１１８、１１９:固定傾斜センサ
１２０:フランジ
１２１:ピポットピン
１２２:傾斜基板
１２５:傾斜設定機構
１２６:傾斜角設定モータ
１２７:傾斜設定スクリュー
１２８:ナットブロック
１２９、１３０:角度設定傾斜センサ
１３１:投光窓
１３２:レーザ光線投光器
１３３:コリメートレンズ
１３４:回折格子
１３５、１３６:シリンダーミラー
１３７、１３８、１３９、１４０: １／４波長板
１４１、１４２:偏光ビームスプッリッター
１４３:レーザ光線投光器
１４４:シリンダーレンズロッド
１４４a、１４４b:シリンダーレンズ
１４５a、１４５b:シリンダーレンズ
１４６:ハーフミラー
１４７:シリンダーハーフミラー
１４８:ミラー
１４９:ダイクロックミラー
１５１:回転レーザ装置
１５２、１５３:ファンビーム
１５４:受光センサ装置
１５５:受光部
１５５a、１５５b:受光部
１５６:受光部
１５６a、１５６b:受光部
１５７:表示部
１５８:固定ノブ
１５９:標尺
１６０:目盛
１６１:ブザー
１６２:入力キー
１６３:指標
１６４:筐体
１６５:記憶部
１６６:受光状態判断部
１６７:標尺目盛読取部
１６８、１６９:偏光ビームスプッリッター
１７０:角度信号受信部
１７１:ダイクロックプリズム
１７２:角度信号投光器
１７３:受光素子
１７４:受光素子制御部
１７５:ファイバーシート
１７６:シリンドリカルフレネルレンズ
１７７:受光センサ制御部
１７８:外部通信部
１７９:外部コンピュータ
２００:建設機械制御システム
２５１:回転レーザ装置
２５４:受光センサ装置
３００:建設機械制御システム
３５１:回転レーザ装置
３５４:受光センサ装置
５０１:ＧＰＳベース装置
５０２:建設機械
５０５:ブレード
５０５ａ:ブレード刃先
５０６:ポール
５０８:ＧＰＳベースアンテナ
５０９:ＧＰＳアンテナ
５１０:ＧＰＳ受信装置
５５３:受信部
５５７:無線送信機
５７３:油圧シリンダ
６５０:制御装置
６５１:演算部
６５２:記憶部
６５４:信号処理部
６５５:表示部
６５６:操作部
６７１:ブレード駆動部
６７２:電気／油圧回路

Claims

既知の点に設置され、水平面と交わる少なくとも２つのファンビームレーザ光を回転照射する回転レーザ装置と、
建設機械側に取付けられ、前記ファンビームレーザ光を受光する受光センサ装置と、
前記建設機械の位置を検出するためのＧＰＳ受信装置と、
前記建設機械に設けられた演算装置と、を有し、
前記演算装置は、前記受光センサ装置が受光した前記ファンビームレーザ光によって求められた、前記ファンビームレーザ光の射出点と前記受光センサ装置の受光部とを結ぶ直線と水平面とのなす角度、及び前記ＧＰＳ受信装置によって求められた前記回転レーザ装置と前記受光センサ装置との間の水平方向距離に基づいて、前記建設機械を制御するための高さを算出することを特徴とする建設機械制御システム。
前記演算装置は地形データを記憶しており、前記演算装置は前記ＧＰＳ受信装置によって検出された前記建設機械の位置及び前記地形データに基づいて求めた高さと、前記角度及び前記水平方向距離に基づいて求めた高さとの差に基づいて前記建設機械を制御する請求項１記載の建設機械制御システム。
前記回転レーザ装置の位置を検出するためのＧＰＳベース装置をさらに有し、前記演算装置が、前記回転レーザ装置に対する前記建設機械の位置を検出できることを特徴とする請求項１記載の建設機械制御システム。
前記回転レーザ装置は、偏光方向が互いに異なる少なくとも２つのファンビームレーザ光を射出することを特徴とする請求項１記載の建設機械制御システム。
前記回転レーザ装置が射出する前記ファンビームレーザ光の強度が、前記ファンビームレーザ光の各部分で異なっていることを特徴とする請求項１記載の建設機械制御システム。
前記回転レーザ装置が、前記ファンビームレーザ光を少なくとも３つ射出し、前記各ファンビームレーザ光と所定の水平基準面との交線が等間隔になっていることを特徴とする請求項１記載の建設機械制御システム。
前記回転レーザ装置が射出する少なくとも３つの前記ファンビームレーザ光が、それらが受光される範囲内で互いに交差しないことを特徴とする請求項６に記載の建設機械制御システム。