JPH0196708A - 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】 月ＪＬＬＱ七Ｊじ辷野 本発明体光ビームを用いた移動体の追尾装置に係り、特
に追尾動作の速い移動体の追尾装置に関する。

従未皇肢止 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７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によって空間へ向は発射し走査させる。

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９−２０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ＲＢのＹ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
零にな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）とによってジンバル構造に構成され、
固定部材によってスキャンニング機構５０がフレーム６
２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５０とによって光ビーム走査手段が構成
されており、前記駆動モータにはそれぞれパルスモータ
やサーボモータが用いられている。

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との間に設けてあり、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き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（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１０、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５
０は取付具６０、支柱６１、フレーム６２と図外の制御
装置とともに筐体内に収納されている。

Ｂ＜　゛　よ５と　　　占 しかしながら、上記の従来例による場合には、スキャン
ニング機構５０は回動軸がＹ軸、Ｙ軸の２軸に構成され
ている。そしてＸ軸回動用及びＹ軸回動用として２個の
パルスモータやサーボモータを用いそれぞれ減速機構を
介して回転軸に取り付けられるジンバル構造となってい
る。

それゆえ、光ビーム発生器１０で発生した光ビームＬＢ
をＸ軸方向に回動させるとき枠体５１に取り付けた駆動
モータもＹ軸を中心に回動することになる。しかるに従
来の駆動モータは重量が大きいので、スキャンニング機
構５０の回動時の慣性力が大きくなり、スキャンニング
機構５０の角加減速度が小さくなる。従って、追尾それ
ぞれの応答が遅くなり、移動体の移動速度や方向が急激
に変動したとき、その変動に対応して移動方向に追尾し
て光ビームの発射方向を移動体に追随して偏向させるこ
とが困難になるという問題点を生ずる。

本発明は上記事情に鑑みて創案されたもので、追尾装置
のスキャンニング機構の回動時の慣性力を小さくし、追
尾動作の応答度を速くした移動体の追尾装置を提供する
ことを目的としている。

エ　　占　　　゛　　　る　　　の 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
により空間へ向けて走査させ、移動体に設けた再帰反射
体により反射し、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□尾装置着
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させ、かつ光ビー
ム走査手段を走査する機構の駆動モータに超音波モータ
を使用したことを特徴とする。

立且 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て再帰し、
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、演算出力が減少す
るように光ビーム走査手段の走査機構の駆動用の超音波
モータを回動させる。これにより、光ビーム走査手段は
移動体を追尾する。

１里班 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＋１１５０　ト、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に取り付けられたＸ軸回音
波モータ１５４と、Ｙ軸圧音波モータ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の垂直壁か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軸圧音波モータ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
突出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の対象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軸回音波モータ１５４が固設されており、Ｘ
軸回音波モータ１５４は固定具（図示省略）によって筐
体に固定されている。

なお前記超音波モータ１５４．１５５は公知のもので、
ステータの弾性体を圧電素子の超音波振動で励振したと
き弾性体が振動し、弾性体表面に進行波が生じ、この表
面にロータを加圧接触させることによりステータ、ロー
タともドーナツ状で、かつ薄型の構造であるので、他の
同一性能のモータに比較して小型、軽量である。

しかして、Ｙ軸圧音波モータ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の先端の移動によって軸付支持
枠１５１が図示Ｘ軸上刃へ回動し、光ビーム発生器１１
０がＸ軸上刃へ回動する。

Ｘ軸下刃への回動はＹ軸圧音波モータ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Ｘ軸下刃へ回動すること
になる。またＸ軸回音波モータ１５４の駆動により枠体
１５３がＸ軸方向に回動し、光ビーム発生器１１０はＸ
軸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。

再び第１図に戻って説明すると、受光検知器１４０は前
記帰還光ビームＲＢの位置ずれを検知する受光位置セン
サ１４２により構成されている。この受光位置センサ１
４２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前記通過孔１４１を除く４
象限に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。

次に本装置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。

即ち、Ｙ軸の回りにはＹ軸回音波モータ１５５の駆動に
より前記説明のように光ビーム走査手段１００が回動す
る。またＸ軸の回りにはＸ軸圧音波モータ１５４の駆動
によって前記説明のように枠体１５３、つまり光ビーム
走査器１００が回動することによって行われる。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。前記の如く追尾が完
全に行われている場合には、受光位置センサ１４２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を外れようとする。

それゆえ、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のいずれかを照射する。

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。

第３図は制御装置４００のブロックダイヤグラムを示す
。

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
知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軸モータドラ
イバ４０３、Ｙ軸モータドライバ４０４によって前記Ｘ
軸圧音波モータ１５４、Ｙ軸回音波モータ１５５を駆動
させる。Ｘ軸圧音波モータ１５４の駆動及びＹ軸回音波
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
るように演算するものである。

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１１
０の発射方向が制御される。

前記動作説明において、移動体が急激に速度又は方向を
変えたとき、制御袋Ｗｉ４００から出力される各モータ
の回転指令パルス信号に基づき超音波モータ１５４．１
５５が回転を変える。これによりスキャンニング機構１
５０のＸ軸、Ｙ軸方向の回動速度が変わるが、超音波モ
ータの重量が小さいので、スキャンニング機構１５０の
慣性力が小さくなり、光ビーム走査手段１００を移動体
の速度又は方向変動に対し速い応答度でもって追随させ
ることができる。

第４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図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の方向を受光検知することができるので、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５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
光位置センサ１４２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等の部品交換を比較的
容易に行うことができるという効果がある。

さらに第６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の交換がさらに容易に行える。

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ほか赤外線光源等であって
もよい。

発凱■班果 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り付けるとともに、スキャンニング
機構の駆動源として超音波モータを用いているので、光
ビーム走査手段の回動時の慣性力を小さくし、短時間で
所定の回動速度になるよう応答度を速めることができ、
急激な変動をする移動体の追尾にも追随させることがで
きる。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部等の構成部品を
省略できるので、超音波モータの使用と相まって、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３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
図は制御装置のブロックダイヤグラムである。 第４図、第５図及び第６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７図は従来技術を示す図面であって、要部を示す模式
的斜視説明図である。 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、１５４　　・・・Ｘ軸
圧音波モータ、１５５　　・・・Ｙ軸圧音波モータ、３
００　　・・・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て走査させ、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させ、かつ光ビー
   ム走査手段を走査する機構の駆動モータに超音波モータ
   を使用したことを特徴とする移動体の追尾装置。