JPH0195310A - 移動体の追尾装置 - 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】 崖１上坐創月豆野 本発明は光ビームを用いた移動体の追尾装置に係り、特
に追尾動作計測範囲に制限を受けることがない移動体の
追尾装置に関する。

従来互狡丑 従来、光ビームを用いた移動体の追尾装置として、光ビ
ーム発生器と、回転ミラーとスキャンニング機構とを備
えた光ビーム走査手段と、移動体に設けた再帰反射体と
、これにより反射し再帰する光ビームを受光検知する受
光検知器と、この検出出力により光ビーム走査手段を制
御する制御装置とを具備したものがある。

第８図は従来装置の概要を示す模式的斜視説明図である
。

光ビーム発生器１０で発生した光ビームＬＢを回転ミラ
ー２０によって空間へ向け発射し走査させる。

一方、移動体にはコーナキューブ等の再帰反射体３０が
設けてあり、前記走査された光ビームＬＢがこの再帰反
射体３０に°よって反射され、帰還光ビームＲＢとして
帰還される。しかして、この帰還光ビームＲＢを前記回
転ミラー２０で反射し、複数個の受光検知器４０への入
射光量または入射位置により前記帰還光ビームｌ？Ｂの
Ｘ軸、Ｙ軸方向の位置ずれを検出し、このずれ量を角度
に変換し、この角度に回動させるロータリエンコーダと
これに直結した駆動モータ（いずれも図示省略）の作動
により受光検知器４０への入射光量が等しくなるか、ま
たは零にあるように前記回転ミラー２０を回転させ、再
帰反射体３０を追尾することにより、移動体の追尾動作
を行うように構成されている。

しかして、スキャンニング機構５０はコの字形状の枠体
５１の垂直部に回動自在に軸支した回転ミラー２０の回
転軸を減速機構を介して回動させる駆動モータと、枠体
５１の水平部を減速機構を介して回転させる駆動モータ
と、この駆動モータをフレーム６２に固定させる固定部
材（図示省略）とによって構成され、固定部材によって
スキャンニング機構５０がフレーム６２に固定されてい
る。そして前記回転ミラー２０とスキャンニング機構５
０とによって光ビーム走査手段が構成されている。

また前記受光検知器４０は光ビーム発生器１０と回転ミ
ラー２０の間に設けてあり、それぞれの光軸が同一とな
るようにされている。そして光ビーム発生器１０と受光
検知器４０とはそれぞれ取付具６０を介して支柱６１に
固定され、支柱６１はフレーム６２に立設されている。

前記受光検知器４０は中心部に光ビームＬＢの通過する
通過孔４１が設けてあり、光ビーム発生器１０から発射
された光ビームＬＢは前記通過孔４１を通過し、回転ミ
ラー２０によって空間へ走査されるようになっている。

また受光検知器４０の回転ミラー２０側には集光レンズ
４２が前記通過孔４１を除く４象限にそれぞれ設けられ
ている。

そして、前記光ビーム発生器１０１．受光検知器４０、
集光レンズ４２、回転ミラー２０、スキャンニング機構
５０は取付具６０、支柱６１、フレーム６２と図外の制
御部とともに国体内に収納されている。

Ｂ　＜勺しようとする１、１″′占 しかしながら、上記の従来例による場合には、光ビーム
発生器１０および受光検知器４０と、スキャンニング機
構５０とが別個にフレーム６２に固定されており、回転
ミラー２０のみが回転するので、これの回転によって回
転ミラー２０と受光検知器４０との相対位置にずれが生
じることがあり、このずれのために追尾動作計測可能範
囲が制限されるという問題点を生じる。

例えば移動体が１平面上を移動する場合においては、再
帰反射体３０は上下方向には移動せず、回転ミラー２０
に対しては左右にのみ移動することになる。そして移動
体の移動によって光ビームＬＢが再帰反射体３０によっ
て帰還光ビームＲＢが受光検知器４０の第１象限に受光
するものとする。さらに移動下体が移動すると、回転ミ
ラー２０が前記受光検知器４０の検出出力に基づいて回
転するが、この回転ミラー２０の回転のため、第１象限
で受光検知すべきところを第２象限または第４象限にあ
る受光検知器で受光検知する場合が生じ、追尾不能とな
ることがある。

第９図は前記問題点を示す原理図で、以下図面を参照し
つつ説明する。図において、Ｘｏ、Ｙｏ、Ｚｏを基準軸
としてαは回転ミラー２０のＺｏ軸を基準とする反時計
方向の回転角を、θは回転ミラー２０のＸｏ軸を基準と
する反時計方向の回転角を、Ｌは回転ミラー２０と再帰
反射体３ｏとのそれぞれの中心距離ｏ’ａ’を示してい
る。発射された光ビームＬＢは通過孔４１を通過し、回
転ミラー２ｏによって反射し、移動体に設けた再帰反射
体３ｏによって帰還光ビームＲＢとして反射し、さらに
回転ミラー２０によって反射し、Ｘ、Ｙ、平面の座標Ｘ
ｓ、　Ｙｓとする位置Ｐ′で受光検知する。

再帰反射体３０の中心点Ｑ　′に光ビームＬＢを入射す
るのに必要な回転角αおよびθとのそれぞれの方向の回
転角Δθ、Δαは、受光検知器４ｏの光ビームＬＢの受
光位置は次式で与えられる。

上式より明らかなように、Δθ、Δαはともに回転角θ
によって変化することになる。回転角θが変化すると、
再帰反射体３０の移動方向と回転ミラー２０の回転角Δ
θの符号即ち、回転ミラー２０の回転方向が一致しなく
なる範囲が生じる。しかして、追尾可能となる範囲はＸ
ｓとΔθおよびＹｓとΔαがともに同一符号となる部分
であり、回転角θにより移動体の追尾動作計測可能範囲
に制限を受けることになる。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、回転ミラー
の回転角の如何にかかわらず追尾のための計測範囲に制
限を受けることのない移動体の追尾装置を提供すること
を目的としている。

。　占　２ン　るための 本発明の移動体の追尾装置は、光ビーム発生器と、光ビ
ーム走査手段と、受光検知器と、制御装置と移動体に設
けた再帰反射体とを備え、光ビーム発生器から発生した
光ビームを光ビーム走査手段により空間へ向け走査させ
、移動体に設けた再帰反射体により反射し再帰する帰還
光ビームを受光検知器で受光検知し、この検知信号に基
づいて光ビーム走査手段を制御することにより、光ビー
ムを常に移動体の再帰反射体に追尾させるようにした移
動体の追尾装置であって、光ビーム発生器と受光検知器
とを光ビーム走査手段と同一の光軸上に一体として固設
したことを特徴とする。

皿 しかるときは、光ビーム走査手段から空間へ向けて走査
された光ビームは移動体に設けられた再帰反射体によっ
て前記光ビーム走査手段に帰還光ビームとしで再帰し、
受光検知器の通過孔を通過する。

そして、移動体の追尾動作が完全に行われている場合に
は、前記受光検知器は検知しない。移動体が完全追尾の
状態から移動しはじめると、帰還光ビームも移動し、前
記通過孔から外れて受光検知器が受光検知する。この検
知出力は制御装置によって演算され、演算出力に基づい
て帰還光ビームの偏差検出出力が減少するように光ビー
ム走査手段を回動させる。これにより、光ビーム走査手
段は移動体を追尾する。

ス１± 以下本発明の一実施例を図面を参照しつつ説明する。

第１図は本発明に係る移動体の追尾装置１の要部を示す
模式的斜視説明図である。

本装置１は光ビーム走査手段と制御装置と、移動体に設
けた再帰反射体とによって構成されている。光ビーム走
査手段１００は光ビームＬＢを発生させる光ビーム発生
器１１０とこの光ビーム発生器１１０から発生した光ビ
ームＬＢを空間へ向けて発射し空間を走査させるスキャ
ンニング機構１５０と、前記空間へ向けて発射し、移動
体に設けた再帰反射体３００によって反射し、再帰する
帰還光ビームＲＢを受光検知する受光検知器１４０とに
よって構成されている。

そして前記光ビーム発生器１１０と受光検知器１４０と
は発生する光ビームＬＢの光軸と同一軸になるように一
体に構成され、軸付支持枠１５１によって固持するよう
になっている。

スキャンニング機構１５０はコの字形状に形成された枠
体１５３とこの枠体１５３に取付られたＸ軸パルスモー
タ１５４とＹ軸パルスモータ１５５とによって構成され
ている。

第２図はスキャンニング機構１５０の要部を示す一実施
例の要部を示す模式的斜視説明図である。

前記軸付支持枠１５１は両側に軸１５２が固設してあり
、この軸１５２によって軸付支持枠１５１は枠体１５３
の垂直壁に軸支されている。さらに一方の軸１５２は前
記枠体１５３の垂直壁がら外側に突出した突出部を形成
し、この突出部に板状のレバー１５６が固着されている
。

前記枠体１５３の垂直壁にはＹ軸パルスモータ１５５が
固設されている。このモータ軸はギヤー１５７が軸着さ
れ、これと噛み合うギヤー１５８には回動ねじ１５９が
固定されている。回動ねじ１５９は枠体１５３の垂直壁
突部に設けられたねし貫通孔１６０を介してその先端が
前記レバー１５６の先端の一側面ａに当接するようにな
っている。

また枠体１５３には、一端を係止するばね１６１が設け
られてあり、その他端は前記レバー１５６の他側面すの
前記回動ねじ１５８の対称点を常時弾発付勢するように
なっている。

さらに前記枠体１５３の水平壁下面には図外の減速機構
を介してＸ軸パルスモータ１５４が固設されており、Ｘ
軸パルスモータ１５４は固定具（図示省略）によって国
体に固定されている。

しかして、Ｙ軸パルスモータ１５５の駆動によりギヤー
１５７　、１５８を介して回動ねじ１５９が回動前進し
、回動ねじ１５９の先端がレバー１５６をａからｂ方向
に押圧する。レバー１５６先端の移動によって軸付支持
枠１５１が図示上方へ回動し、光ビーム発生器１１０が
上方へ回動する。

下方への回動はＹ軸パルスモータ１５５の逆駆動とばね
１６１の復元力とによって回動ねじ１５９が回動後退し
、光ビーム発生器１１０が下方へ回動することになる。

またＸ軸パルスモータ１５４の駆動により枠体１５３が
左右方向に回動し、光ビーム発生器１１０は左右方向に
回動するようになっている。

一方、移動体にはコーナキューブ等の再帰反射体３００
が設けられており、前記走査された光ビームＬＢが入射
すると入射方向と同一方向に再帰する帰還光ビームＲＢ
を反射するようになっている。

光ビーム走査手段１００の受光検知器１４０は前記帰還
光ビームＲＢ　（矢印で図示）を受光し、受光された帰
還光ビームＲＢの位置ずれを検知する受光位置センサ１
４２により構成されている。

この受光位置センサ１４２は、中心部分に通過孔１４１
を有する板状体にフォトダイオード等の受光素子を多数
配設して受光素子アレイを形成させたものである。

前記通過孔１４１は発生した光ビームＬＢが追尾が完全
に行われている場合に、帰還光ビームＲＢが前記通過孔
１４１内を通過し得るようになっている。

しかして、追尾が外れた場合には、帰還光ビームＲＢは
位置ずれを生じ、前記通過孔１４１を通過せず受光位置
センサ１４２のいずれかの受光素子を照射する。

つぎに本装置１の動作について説明する。

光ビーム発生器１１０から発生した光ビームＬＢは通過
孔１４１を通過し、空間に発射され空間を走査する。こ
の走査は前記スキャンニング機構１５０を介してそれぞ
れＸ軸、Ｙ軸の回りに回動する光ビーム発生器１１０に
よって行われている。

前記走査された光ビームＬＢは移動体に設けられた再帰
反射体３００に入射すると、入射方向と同じ方向に反射
して帰還光ビームＲＢとなり、光ビームＬＢと同一径路
を経て再帰し、通過孔１４１を直進する。前記の如（追
尾が完全に行われている場合には、受光位置センサ１４
２は受光検知しない。

しかして、移動体が完全追尾の状態から外れようとする
と、帰還光ビームＲＢも移動する。

それ故、帰還光ビームＲＢは通過孔１４１から外れて受
光位置センサ１４２のいずれかの受光素子を照射する。

第３図は本装置１の原理説明図である。

図において、Ｘ０１Ｙｏ、ｚｏは基準軸を示しており、
αは受光検知器１４０の受光面Ｘ５ＹｓＯＺＯ軸を基準
とする反時計方向の回転角を、θは受光検知器１４０の
受光面Ｘ５ＹｓＯＸｏ軸を基準とする反時計方向の回転
角を、またＬは受光位置センサ１４２と再帰反射体３０
０とのそれぞれの中心距離ＯＱを示している。また帰還
光ビームＲＢが受光検知器１４０の表面Ｘ５Ｙｓの位置
Ｐで受光するものとする。　　　。

再帰反射体３００の中心点Ｑに光ビームＬＢを入射させ
るのに必要な回動角α、θとのそれぞれの方向の回動角
Δα、Δθは受光位置センサ１４２の受光位置によって
次式で決まる。

Δθ−−ＩＢ／２Ｌ　ｃｏｓα　　　　　　・・・■Δ
α＃Ｙｓ／２　Ｌ　　　　　　　　　　　・・・■上式
■、■の左辺は回動角θを含まないので、回動角θの変
化によりΔθ、Δαが変動することはない。即ち、前記
従来技術における回転ミラー２０に相当するものが本装
置１の受光検知器１４０の受光面である。そしてこの受
光面が光ビーム発生器１１０とともに同一光軸を中心と
して一体に、Ｘ軸パルスモータ１５４とＹ軸パルスモー
タ１５５によって枠体１５３を介して上下・左右に回動
する。それ故、回動角θは前記式■、■には含まないこ
とになる。

なお、受光位置センサ１４２の受光素子の位置は座標に
よって予め定められており、当該座標に定められている
検出信号として検出されるもので、公知のものである。

さらに前記■、■式左辺の回動角αはＸ軸パルスモータ
１５４　、Ｙ軸パルスモータ１５５に与えるパルス数に
よって計測されるものであり、距離りは適宜手段によっ
て計測されるもので、いずれも公知のものである。

第４図は本発明の制御を示すブロック図である。

受光位置センサ１４２の検出信号は増幅器４０１で増幅
され、マイクロコンピュータ４０２に入力される。マイ
クロコンピュータ４０２は増幅器４０１から出力される
検出信号、つまり受光位置センサ１４２によって受光検
された帰還光ビームＲＢの光量分布に基づいて帰還光ビ
ームＲＢの座標位置を演算し、この演算結果に基づいて
モータの回転指令パルス信号を発し、Ｘ軸パルスモータ
ドライバ４０３　、Ｘ軸パルスモータドライバ４０４に
よって前記Ｘ軸パルスモータ１５４　、Ｙ軸パルスモー
タ１５５を駆動させる。Ｘ軸パルスモータ１５４の駆動
およびＹ軸パルスモータ１５５の駆動によって前述した
ようにスキャンニング機構１５０が作動し、光ビーム発
生器１１０から発生した光ビームＬＢは空間へ向けて発
射・走査される。マイクロコンピュータ４０２は増幅器
４０１を介して入力される受光位置センサ１４２の検出
信号、換言すれば光ビームＬＢと帰還光ビームＲＢとの
位置ずれが減少するようにモータの回転数、方向を演算
し出力するものである。

しかして、光ビームＬＢが移動体に設けた再帰反射体３
００の中心Ｑに入射されるように光ビーム発生器１１０
の発射方向が制御される。

第５図は光ビーム走査手段１００の異なった実施例を示
す模式的斜視説明図で、以下の説明においては、前記と
同一構成部分は同じ符号が示している。受光方向センサ
１４３は光軸と直交する平面に各象限別にそれぞれ１個
づつ配設されており、前記受光方向センサ１４３の前方
に集光レンズ１４４が設けられている。

集光レンズ１４４は象限別に４分割されており、各象限
を通過した帰還光ビームＲＢがそれぞれ対応する前記受
光方向センサ１４３に結像するように構成されている。

そして前記集光レンズ１４４の中心部は光ビーム発生器
１１０の挿着用または光ビームＬＢの通過用としての通
過孔１４１が設けられている。

本実施例による受光方向センサ１４３は帰還光ビームＲ
Ｂの方向を象限別の単位で受光検知することができ、そ
れに基づき移動体を追尾できるので、受光センサを比較
的安いコストでもって構成することができる。

第６図は光ビーム走査手段１００の他の実施例を示す模
式的斜視説明図である。

本例においては、スキャンニング機構１５０に回転ミラ
ー２００を設けるとともに、光ビーム発生器１１０と受
光方向センサ１４３又は受光方向センサ１４３とを同一
光軸上に一体に構成し、これを前記回転ミラー２００の
枠にアーム２０２を介して固設している。本実施例によ
るときは、光ビーム発生器１１０等の部品交換が比較的
容易に行うことができるという効果がある。

さらに第７図は前記の他の実施例を示す模式的斜視説明
図である。本例は前記第５図に示す回転ミラー２００の
ミラ一部分を縮小させ、ミラ一部分の外周面に受光位置
センサ１４２又は受光方向センサ１４３を配設するとと
もに、光ビーム発生器１１０を前記受光位置センサ１４
２の枠２０１にアーム２０２を介して固設しており、光
ビーム発生器１１０と受光位置センサ１４２の光軸が同
一になるように配置している。本実施例によると、光ビ
ーム発生器１１０の交換がざらに容易に行うことができ
、またミラーを縮小した公安価にできる。

なお前記説明した光ビーム発生器１１０はガスレーザ発
振器、半導体レーザ発振器のばか赤外線光源等であって
もよい。

血里Ω立果 以上説明したように、本発明によるときは光ビーム走査
手段を光ビーム発生器と受光検知器とを光ビームの光軸
と同一の光軸上に一体に構成し、これをスキャンニング
機構の可動部に取付けたので、スキャンニング機構の可
動部と受光検知器との相対位置ずれがなく、したがって
追尾動作計測可能範囲の制限を受けることがない。また
スキャンニング機構に光ビーム発生器と受光検知器とを
軸支させることにより取付具等の構成部材を省略できる
ので、装置を小型軽量化することができるという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明の移動体の追尾装置を示す図面
であって、第１図は要部を示す模式的斜視説明図、第２
図はスキャンニング機構を示す模式的斜視説明図、第３
図は動作原理説明図、第４図は本発明の全体の制御を示
すブロック図である。 第５図、第６図および第７図は本発明の他の実施例を示
す模式的斜視説明図である。 第８図、第９図は従来技術を示す図面であって、第８図
は要部を示す模式的斜視説明図、第９図は発明が解決し
ようとする問題点を説明するための原理説明図である。 １００　・・・光ビーム走査手段 １１０　　・・・光ビーム発生器 １４０　　・・・受光検知、器 １５０　　・・・スキャンニング機構 ３００　・・・再帰反射体 ４００　・・・制御装置 ＬＢ・・・・光ビーム ＲＢ・・・・帰還光ビーム

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）光ビーム発生器と、光ビーム走査手段と、受光検
   知器と、制御装置と移動体に設けた再帰反射体とを備え
   、光ビーム発生器から発生した光ビームを光ビーム走査
   手段により空間へ向け走査させ、移動体に設けた再帰反
   射体により反射し再帰する帰還光ビームを受光検知器で
   受光検知し、この検知信号に基づいて光ビーム走査手段
   を制御することにより、光ビームを常に移動体の再帰反
   射体に追尾させるようにした移動体の追尾装置であって
   、光ビーム発生器と受光検知器とを光ビーム走査手段と
   同一の光軸上に一体として固設したことを特徴とする移
   動体の追尾装置。