JPH03180789A

JPH03180789A - レーザ受光用センサ装置

Info

Publication number: JPH03180789A
Application number: JP31972489A
Authority: JP
Inventors: Akishi Nawata; 晃史縄田
Original assignee: Tokimec Inc
Current assignee: Tokyo Keiki Inc
Priority date: 1989-12-08
Filing date: 1989-12-08
Publication date: 1991-08-06

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、レーザ受光用センサ装置に係り、とくに、レ
ーザ灯台を用いた無人移動体の位置制御等における無人
移動体側に装備される受光部等として好適なレーザ受光
用センサ装置に関する。

〔背景技術〕

最近、レーザ灯台を用いて無人移動体の位置把握や誘導
を自動化するため、移動体の位置、方位等を計測する種
々の方法が各方面で研究されている。かかるレーザ灯台
を用いた位置、方位計測システムは、例えば、海峡や港
を通過する船舶、空港内で走行・滑走中の航空機、工場
や農場の移動作業機械、建設作業機械、建設作業ロボッ
ト等の監視や誘導に利用できるものである。

レーザ灯台としては、使用目的に応じて、−本のレーザ
ビームを一定角速度で旋回させるもの、或いは同期した
二本のレーザビームを互いに逆向きに一定角速度で旋回
させて常に基準となる線に対して線対称をなす方向に出
力させるものが使用される。

第１０図には、同期した二本のレーザビームを互いに逆
向きに一定角速度で旋回させる方式のレーザ灯台を２基
用いた位置計測システムの構成が示されている。

この図において、レーザ発振側の装置であるレーザ灯台
５１．５２は二つの基準点に各々設置されている。また
、これらのレーザ灯台５１．５２は、出力される二本の
レーザビームが重なる基準線が相互に一致するように、
且つ両者の基準線が上記基準点を結ぶ線Ｌ（長さは既知
である）に−致するよう設定されている。

一方、移動体５３上にはレーザビームが受光可能な高さ
にレーザ受光用センサ装置５４が装備されている。この
センサ装置５４は、実際には、レーザ光を受光するフォ
トディテクタ、時間を計測する計時回路、角度及び位置
を計算する演算回路等を備えて構成される。

ここで、この位置計測システムにおける角度及び位置の
求め方について説明する。

レーザ灯台５１．５２の回転台を一定速度で回せば、基
準線に対し線対称な反時計回リレーザ光（ＣＣＷ）と時
計回りレーザ光（ＣＷ）が旋回照射される。これらのレ
ーザ光（ｃｃｗ、ｃｗ）の通過タイミングをフォトディ
テクタにより検地する。この受光時間間隔を計時回路で
計測すれば、受光時間間隔と測定点が基準線となす角度
は比例しているのでその点の角度はわかる。

このようにして、演算回路では、レーザ灯台５１．５２
と基準線とのなす角（第１０図に示すθｈθ２）を算出
し、これと既知の基準線長から瞬時に平面位置座標を算
出する。

この他、レーザ灯台を用いた移動体の位置・方位測定法
として、移動体上の３点にレーザ受光用センサ装置（受
光部）を各−つ配置し、いわゆる三角法に基づき基準点
と移動体の代表点との距離及び移動体の進行方向（機首
方位）とを算出する方法等がある。

上記何れの場合でも、移動体が如何なる向きを向いてい
ても、レーザ光を受光するには、センサ装置の受光部は
３６０°の視野を持つ必要がある。

このため、従来、レーザ灯台を用いた無人移動体の位置
、方位測定システムでは、第１１図に示すように、フォ
トディテクタ５５（又はファイバー列）を多数用いて３
６０°の視野をカバーする全方位対応受光センサが使用
されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来例の全方位対応受光センサにあ
っては、フォトディテクタを多数用いなくてはならない
ことから、製作コストの増大２歩留り、信頼性の低下、
装置の大型化等の問題点を有していた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、かかる従来例の有する不都合を改善し
、一つ（場合によっては二つ）のフォトセンサを用いる
だけで、３６０°視野を持つレーザ受光用センサ装置を
提供することにある。

（課題を解決するための手段〕本発明は、少なくとも外側反射面を備えた第１の筒状反
射体と、少なくとも内側反射面を備え且つ前記第１の筒
状反射体よりやや大径に形成された第２の筒状反射体と
を設けている。そして、これらの第１及び第２の筒状反
射体をほぼ同心状に且つ所定間隔を隔てて配置している
。また、第２の筒状反射体に側周方向全体に亘って所定
間隔でレーザ光が透過可能な所定幅のスリットを数箇所
設けている。さらに、第１の筒状反射体と第２の筒状反
射体との間に、第１の筒状反射体の外側反射面と第２の
筒状反射体の内側反射面との間の空隙に面して受光面が
配置された受光手段を介装する等の構成を採っている。

これによって、前述した目的を達成しようとするもので
ある。

〔第１実施例〕以下、本発明の第１実施例を第１図ないし第２図に基づ
いて説明する。

この第１図に示す実施例のレーザ受光用センサ装置（以
下、「センサ装置」という）１は、はぼ同心状に且つ所
定間隔を隔てて配置された第１の筒状反射体としての第
１の円筒部材２と、この第１の円筒部材２よりやや大径
に形成された第２の筒状反射体としての第２の円筒部材
３とを備えている。

この内、第１の円筒部材２の外面には、側周方向全体に
亘って一定幅（同図に示すスリット４に対応する部分だ
け）外側反射面（当該第１の円筒部材２の中心部から外
側に向かって光を反射する面）としての第１の光反射面
５Ａが形成されている。一方、第２の円筒部材３の内面
には、第１の光反射面５Ａに対向する部分に内側反射面
（当該第２の円筒部材３の中心部に向かって光を反射す
る面）としての第２の光反射面５Ｂが形成されている。

また、この第２の円筒部材３σ第２の光反射面５Ｂ部分
には、側周方向全体に亘って所定間隔でレーザ光が透過
可能な所定幅のスリット４゜４、・・・・・・が８箇所
等間隔で設けられている。

そして、第１の円筒部材２と第２の円筒部材３との間に
は、当該両者間の空隙に面して受光面６Ａが配置された
受光手段としてのフォトディテクタ６が介装されている
（第１図（１）参照）。

前記フォトディテクタ６の受光面６Ａは、第１及び第２
の円筒部材２，３の法線方向に配置されており、第１の
円筒部材２及び第２の円筒部材３に設けられた切り欠き
部２Ａ、３Ａに挿通され固定されている。前記第１．第
２の光反射面５Ａ。

５Ｂは、先高反射材料のコーティングにより形成されて
いる。

このように構成された本第１実施例のセンサ装置１は、
実際には、前述した第１Ｏ図の無人移動体５３上に設置
されて使用される。第１図（２）において、符号ＩＡは
蓋部材を示し、符号ＩＢは底板部を示し、ＩＣは支持部
材を示す。

ここで、本実施例の作用について第２図に基づき説明す
る。

第２図において、符号７Ａないし７Ｃは、前述した従来
例のレーザ灯台５１．５２と同様なレーザ灯台（図示せ
ず）からスリット４□に入射したレーザ光の光路を示し
ている。この内、符号７Ｂ。

７Ｃは、第２の円筒３内に入射はするが、別のスリット
４１，４３をそれぞれ介して外部に出てしまう場合を示
し、符号７Ａは反射を数回繰り返して受光面６Ａに到達
する場合の光路を示す。

レーザ灯台のレーザ光は旋回しているから、光路７Ａと
同様に反射を数回繰り返し受光面６Ａに到達する光が入
射レーザ光の数パーセントは存在する。

これがため、レーザ灯台がセンサ装置１に対してどの方
位に位置していても、上記理由により、フォトディテク
タ６はレーザ光を受光できることになり、フォトディテ
クタ６−つだけで、３６００視野をカバーできることに
なる。

以上説明したように、本第１実施例によれば、フォトデ
ィテクタ６−つだけで、３６０°視野をカバーできるこ
とから、製作コストの低減が可能となり、歩留り、信頼
性の低下を防止することができ、装置を小型化すること
ができるという利点がある。

なお、フォトディテクタ６の受光面が一つの大きなもの
であれば、受光の有無を検知するものとして使用すれば
良く、また、フォトディテクタ６の受光面が円筒母線方
向（軸方向）に細分化されていれば、レベル計（高さ計
）として使用することが可能となる。

また、上記実施例のセンサ装置１を、屋外の直射日光下
で使用する場合は、外乱光から円筒部材表面で反射され
受光された投射光の信号（投射光信号）を分離するため
、投射光を強力にしてＳＮ比を向上したり、光学フィル
タによりレーザ光以外の波長の光を除外したり、変調光
源を用い点灯時と消灯時の差分検出処理を行う等の手法
或いはパルス移送差法等他の信号処理法を行い、該当す
るレーザ光の受光を正確に行うようにすることが望まし
い。

さらに、第２の円筒部材３は、８枚の断面円弧状の板部
材を設け、これらの板部材の上端縁と下端縁の部分にリ
ング状の固定部材を設け、一体的に固定する構造として
もよい。

〔第２実施例〕次に、本発明の第２実施例を第３図に基づいて説明する
。

ここで前述した第１実施例と同等の構成部材については
同一の符号を用いるものとする。

この実施例は、前述した第１実施例における第１の筒状
反射体としての第１の円筒部材２及び第２の筒状反射体
としての第２の円筒部材３がそれぞれの内径側及び外形
側の両面に反射面を有している点に特徴を有するもので
ある。

即ち、これらの筒状反射体２．３は、第３図（１）ない
しく２）に示すように、−枚物の金属材料により形成さ
れており、それぞれの内径側及び外形側の両表面が鏡面
仕上げされ、これにより内側反射面としての第２の光反
射面５Ｂ、外側反射面としての第１の光反射面５Ａの他
、別の内側反射面５Ｃ，外側反射面５Ｄが図示の如くそ
れぞれ形成されている。

その他の構成は前述した第１実施例と同一になっている
。

このように構成しても、第１実施例と同一の作用効果を
有する他、反射面形成のためのコーティングが不要とな
るため、製作が容易になり、小型軽量化が可能となる。

なお、本第２実施例においては、第１．第２の筒状反射
体が、ともに内径側及び外径側に反射面を有する一枚物
の金属材料により形成されている場合を例示したが、こ
の内何れか一方が内径側及び外径側に反射面を有する一
枚物の金属材料により形成するとともに、他方を第１実
施例と同様に構成するようにしても良い。或いは、また
、第１゜第２の筒状反射体の何れか一方、又は両方を、
筒状部材の内径側、外径側の両面に光反射材料をコーテ
ィングして反射面が形成されたものにより構成しても良
い。

〔第３実施例〕次に、本発明の第３実施例を第４図に基づいて説明する
。

ここで、前述した第１実施例と同一の構成部材について
は同一の符号を用いるものとする。

この実施例のセンサ装置１１は、前述した第１実施例の
センサ装置１におけるフォトディテクタ６の受光面６Ａ
部分の裏面側に反射鏡８を配置した点に特徴を有する。

その他の構成は、第１実施例と同一となっている。

このようにしても、第１実施例と同様の作用。

効果を得られる他、反射鏡８側に進行してきた光が当該
反射鏡８により反射されフォトディテクタ６側に向けら
れるため受光面６Ａに達する光の割合を増加させること
ができ、レーザ光の一層確実な受光が可能になる。

なお、本実施例においても、上記第２実施例で示す如く
、何れか一方又は両方の筒状反射体を一枚物の金属材料
により形成しても良い。

〔第４実施例〕次に、本発明の第４実施例を第５図に基づいて説明する
。

ここで、前述した第１実施例と同等の構成部材について
は同一の符号を用いるものとする。

この実施例のセンサ装置２１は、前述した第１実施例の
センサ装置１における第１の筒状反射体としての第１の
円筒部材２及び第２の筒状反射体としての円筒部材３の
切り欠き部２Ａ、３Ａの幅寸法をほぼ２倍にしてフォト
ディテクタ６の受光面６Ａの裏面側にその受光面９Ａが
背中合わせになるよう別の受光手段としてのフォトディ
テクタ９を配置した点に特徴を有する。その他の構成は
、第１実施例と同一になっている。

このようにしても、第１実施例と同様の作用効果を得ら
れる他、二つのフォトディテクタ６．９の受光面６Ａ、
９Ａが背中合わせの状態となっていることから、これら
の受光面６Ａ、９Ａに達する光の内、第２の円筒３内に
入射後の行路がより短い方の光を受光することが可能と
なる。このため、反射回数に起因する受光レーザ光の減
衰を抑制することができ、投射光と外乱光とのＳ／Ｎ比
を増大せしめることができ、これにより受光精度の向上
を図ることができる。

〔第５実施例〕次に、本発明の第５実施例を第６図に基づいて説明する
。

この実施例は、前述した第１実施例のセンサ装置１を一
対設け、これらをそれぞれのフォトディテクタ６が反対
側に位置するように所定間隔を隔てて図示しない移動体
上に搭載したものである。

このようにすれば、お互いの視野を補いあって全体とし
ての受光効率を向上せしめることができ、更には異なる
波長の光のみを透過させる光学フィルタをそれぞれのフ
ォトディテクタ６の受光面６Ａの前に配置すれば、異な
る波長の光を受光することも可能となる。

なお、本実施例においても、上記第２実施例で示す如く
、センサ装置１を構成する筒状反射体の何れか又は全て
を一枚物の金属材料により形成しても良い。

〔第６実施例〕次に、本発明の第６実施例を第７図に基づいて説明する
。

ここで、前述した第１実施例と同等の構成部分について
は同一の符号を用いることとする。

この実施例のセンサ装置３１は、第１実施例のセンサ装
置ｌにおける第１の円筒部材２．第２の円筒部材３に代
えて第１の筒状反射体としての断面正八角形の内側筒状
部材１２と、第２の筒状反射体としての断面正八角形の
外側筒状部材１３とが設けられている点に特徴を有する
。

この場合、外側筒状部材１３の各コーナーの部分にスリ
ット１４．１４・・・・・・が設けられている。

その他の構成は第１実施例と同様になっている。

内側筒状部材１２のコーナーにレーザ光が当たった場合
、乱反射をすることが考えられるが、レーザ灯台から出
力されるレーザ光は旋回しているため、数パーセントの
光りはフォトディテクタ６の受光面６Ａに到達すると考
えられるので、この場合にも第１実施例と同様の作用効
果を得ることができる。

なお、本実施例では断面が正八角形の筒状部材を使用す
る場合を例示したが、正十、二角形、正十六角形のもの
等を用いてもよい。

また、本実施例では、第１．第２の筒状反射体の断面形
が共に正多角形である場合を特に例示したが、この他、
何れか一方のみに断面形が正多角形のものを用いるとと
もに、他方を円筒状部材を用いて構成しても良い。

さらに、本実施例においても、上記第２実施例で示す如
く、何れか一方又は両方の筒状反射体を一枚物の金属材
料により形成しても良い。

また、上記第１ないし第６実施例においては、スリット
４．１４の部分が開口している状態を説明したが１、実
施に当たってはこの部分に内側若しくは外側から透明フ
ィルム等を当てて、はこり等が侵入するのを防ぐよう構
成することが望ましい。

〔第７実施例］次に、本発明の第７実施例を第８図に基づいて説明する
。

この実施例のセンサ装置４１は前述した第１実施例にお
ける第２の円筒部材３をガラス、アクリル樹脂等の透明
材料により形成したものである。

この第２の円筒部材３の内周面には、スリット４部分を
除いて光を高反射するコーティングが施され第２の反射
面５Ｂが形成されている。

その他の構成は第１実施例と同一になっている。

このように構成しても、第１実施例と同様の作用効果を
有する他、スリット４として開口部を設けなくてよいの
で、製造が一層簡単なものとなるという利点がある。

なお、本実施例においては、第２の円筒部材３の内周面
に光を高反射するコーティングが施されている場合を例
示したが、外周面に光を高反射するコーティングを施し
てもよい。

なお、また、上記第１ないし第７実施例において、第１
の筒状反射体を透明部材により形成し、この透明部材の
外面又は内面に光を高反射するコーティングを施して外
側反射面（外側に向かって光を高反射する面）を形成す
るように構成しても良い。

〔第８実施例〕次に、本発明の第８実施例を第９図に基づいて説明する
。

この第９図に示す実施例のセンサ装置５１は、所定厚さ
のガラス、アクリル樹脂等の透明部材よりなる筒状部材
としての円筒部材２２を備えている。

この円筒部材２２の内面には、内周方向全体に亘る一定
幅の外側光反射面（外側に向かって光を反射する面）２
５Ａが形成されている。また、この円筒部材２２の外側
光反射面２５Ａに対向する外面の部分には、内側光反射
面（内側に向かって光を反射する面）２５Ｂが形成され
ている。更に、この内側光反射面２５Ｂ部分に周囲全体
に亘って８箇所等間隔でレーザ光が透過可能な所定幅の
スリット４．４・・・・・・が設けられている。

そして、この円筒部材２２の外部と内部とを貫通する状
態で受光手段としてのフォトディテクタ６が装備されて
いる。

ここで、前記外側反射面２５Ａは、円筒部材２２の内面
に光高反射材料をコーティングして形成される。また、
内側反射面２５Ｂは、円筒部材２２の外面に光高反射材
料をコーティングして形成され、この際に、前記スリッ
ト４．４・・・・・・の部分だけコーティングが施され
ないようにして行われる。

また、前記フォトディテクタ６は、その受光面６Ａが円
筒部材２２の法線方向に配置され、且つ該受光面６Ａが
外側反射面２５Ａと内側反射面２５Ｂとの間に位置する
よう、円筒部材に設けられた切り欠き部２２Ａに挿通さ
れ固定されている。

その他の構成は、第１実施例と同様になっている。

このように構成しても、前述した第１実施例と同様の作
用、効果を有する他、上記各実施例のような二重構造と
なっていないので、構成が非常に簡単であり、製造が一
層容易になるという利点がある。

なお、上記第１ないし第８実施例においては、すべてセ
ンサ装置が固定式となっている場合を例示したが、これ
は、回転１回動させるための駆動源であるモータ及び駆
動機構等を不要とし、構成を簡単にしてコストの低減を
図るとともに、振動等を防止して受光精度を高く維持す
るために固定式としたものであり、センサ装置自体を回
転１回動させる使用法も可能である。また、固定式の場
合、摺動部分がないので、耐久性の面でも優れたものと
なっている。

［発明の効果〕本発明は、以上のように構成され機能するので、これに
よると、レーザ灯台から出力され旋回するレーザ光はス
リットから第２の筒状反射体内に入射後、その数パーセ
ントは、第１の筒状反射体の外側反射面と第２の筒状反
射体の内側反射面とにより反射を数回繰り返し受光手段
の受光面に到達する。これがため、レーザ灯台がセンサ
装置に対してどの方位に位置していても、受光手段はレ
ーザ光を受光できることになり、受光手段−つだけで、
３６０°視野をカバーできることになる。

従って、一つの受光手段だけで、３６０°視野をカバー
できることから、製作コストを大幅に低減することがで
き、装置の小型、軽量化を実現できるという従来にない
優れたレーザ受光用センサ装置を提供することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図（１）は本発明の第１実施例を示す一部省略した
横断面図、第１図（２）は第１実施例を示す概略斜視図
、第２図は第１実施例の作用説明図、第３図（１）は本
発明の第２実施例を示す概略斜視図、第３図（２）は第
２図（２）における概略横断面図、第４図は本発明の第
３実施例を示す一部省略した横断面図、第５図は本発明
の第４実施例を示す一部省略した横断面図、第６図は第
５実施例を示す一部省略した説明図、第７図は第６実施
例を示す一部省略した横断面図、第８図は第７実施例を
示す一部省略した横断面図、第９図は第８実施例を示す
一部省略した横断面図、第１０図ないし第１１図は従来
例を示す説明図である。１・・・・・・センサ装置、２・・・・・・第１の筒状
反射体としての第１の円筒部材、３・・・・・・第２の
筒状反射体としての第２の円筒部材、４・・・・・・ス
リット、５Ａ・・・・・・外側反射面としての第１の光
反射面、５Ｂ・・・・・・内側反射面としての第２の光
反射面、５Ｃ・・・・・・内側反射面、５Ｄ・・・・・
・外側反射面、６・・・・・・受光手段としてのフォト
ディテクタ、６Ａ・・・・・・受光面、８・・・・・・
反射鏡、９・・・・・・受光手段としてのフォトディテ
クタ、９Ａ・・・・・・受光面、１１・・・・・・セン
サ装置、１２・・・・・・第１の筒状反射体としての内
側筒状部材、１３・・・・・・第２の筒状反射体として
の外側筒状部材、１４・・・・・・スリット、２１・・
・・・・センサ装置、２２・・・・・・筒状部材として
の円筒部材、２５Ａ・・・・・・外側反射面、２５Ｂ・
・・・・・内側反射面、３１，４１．５１・・・・・・
センサ装置。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）、少なくとも外側反射面を備えた第１の筒状反射
体と、少なくとも内側反射面を備え且つ前記第１の筒状
反射体よりやや大径に形成された第２の筒状反射体とを
設け、これらの第１及び第２の筒状反射体をほぼ同心状に且つ
所定間隔を隔てて配置し、前記第２の筒状反射体に側周方向全体に亘って所定間隔
でレーザ光が透過可能な所定幅のスリットを数箇所設け
、前記第１の筒状反射体と第２の筒状反射体との間に、第
１の筒状反射体の外側反射面と第２の筒状反射体の内側
反射面との間の空隙に面して受光面が配置された受光手
段を介装したことを特徴とするレーザ受光用センサ装置
。
（２）、前記第１、第２の筒状反射体の少なくとも何れ
か一方が、内径側及び外径側の両面に反射面を有する筒
状反射体により形成されていることを特徴とした請求項
１記載のレーザ受光用センサ装置。
（３）、前記第１の筒状反射体が、筒状部材と、この筒
状部材の外面に側周方向全体に亘る一定幅の外側反射面
を形成してなることを特徴とした請求項１記載のレーザ
受光用センサ装置。
（４）、前記第２の筒状反射体が、筒状部材と、この筒
状部材の内面に側周方向全体に亘る一定幅の内側反射面
を形成してなることを特徴とした請求項１記載のレーザ
受光用センサ装置。
（５）、前記第１、第２の筒状反射体の少なくとも何れ
か一方が、円筒状に形成されていることを特徴とした請
求項１記載のレーザ受光用センサ装置。
（６）、前記受光手段の受光面が、前記両筒状反射体の
中心部からみて放射方向に沿って配置されていることを
特徴とした請求項１記載のレーザ受光用センサ装置。
（７）、前記受光手段の受光面の裏面側に反射鏡を設け
たことを特徴とする請求項１記載のレーザ受光用センサ
装置。
（８）、前記受光手段の受光面の裏面側にその受光面が
背中合わせに配置された別の受光手段を設けたことを特
徴とする請求項１記載のレーザ受光用センサ装置。
（９）、前記第１及び第２の筒状反射体の断面形が共に
正多角形状に形成されていることを特徴とした請求項１
記載のレーザ受光用センサ装置。
（１０）、前記受光手段の受光面が、前記筒状反射体の
軸方向に細分化されていることを特徴とした請求項１記
載のレーザ受光用センサ装置。
（１１）、前記第２の筒状反射体が透明部材により形成
されるとともに、当該透明部材の内面又は外面に前記ス
リット部分を除いて光を高反射するコーティングが施さ
れていることを特徴とした請求項１記載のレーザ受光用
センサ装置。
（１２）、前記第１の筒状反射体が透明部材により形成
されるとともに、当該透明部材の内面又は外面に側周方
向全体に亘る一定幅の光を高反射するコーティングが施
されていることを特徴とした請求項１記載のレーザ受光
用センサ装置。
（１３）、所定厚さの透明部材よりなる筒状部材を設け
、この筒状部材の内面に側周方向全体に亘る一定幅の外
側光反射面を形成し、当該筒状部材の前記外側光反射面
に対向する外面の部分に内側光反射面を形成するととも
に、該内側光反射面部分に側周方向全体に亘って所定間
隔でレーザ光が透過可能な所定幅のスリットを数箇所設
け、前記筒状部材の外部と内部とを貫通する状態で受光
手段を装備し、当該受光手段の受光面を前記内側反射面
と外側反射面との間に配置したことを特徴とするレーザ
受光用センサ装置。