JPH07260921A - 位置測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構成で測定点からみた被測定点の位置
を標定する。 【構成】 レーザ光を照射する発振部３を測定点に設け
る。３つの受信部１、２及び４を、測定点を含む平面上
にかつ少なくとも１つが同一直線上に位置しないように
設ける。被測定点である目標物５０からの散乱光を各受
信部で受光し、光照射時から各受信部による各光受信時
までの時間を夫々測定する。この測定された時間及び測
定点から各受信部までの各距離に基づいて測定点からみ
た目標物５０の位置を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は位置測定装置に関し、特
に固定目標又は移動目標の位置を測定する装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】固定目標又は移動目標の位置測定に関連
する技術としては、レーザ光を用いて距離を測定する装
置がすでに実用化されている。これは、レーザ測遠器と
呼ばれるものである。この装置は目標物にレーザ光を照
射し、散乱してくる光を受信し、その照射時から受信時
までの時間を測定することにより、目標までの距離を測
定するものである。つまり、照射時から受信時までの時
間がわかれば、その時間と光速度との積により目標まで
の距離が算出できるのである。

【０００３】また、音波を用いて方位を測定する方法が
ある。これは、音波を目標に当て、複数の受信部を用い
て目標からの反射音を受信し、音波の方位を基に周知の
三角法により、その目標の位置を計測するものである。
しかし、音波は広範囲に広がってしまうため、目標の周
囲に他の反射物があると目標からの反射音と他からの反
射音とが重なって測定できなくなる。

【０００４】さらに、レーザ光を用いて物体表面の傾き
や物体の形状を測定する方法がある。まず、物体表面の
傾きを測定する方法としては、特開平１―３１１２０９
号公報に記載されているものがある。これは、レーザ光
を被測定物の表面に照射し、その反射光を複数の受光素
子で受光しその受光量により傾きを測定するものであ
る。

【０００５】一方、物体の形状を測定する方法として
は、特開平３―７７００６号公報に記載されているもの
がある。これは、レーザ光を被測定物に照射し、その反
射光を複数の受光素子で受光しその受光量の大小により
形状を測定するものである。

【０００６】ここで、移動体の位置を検出する方法とし
て特開昭５８―１９８７７２号公報に記載されているも
のがある。これは、方位毎に異なる周波数で変調された
レーザ光を放射し、移動体側に３個の受光器を設け、変
調されたレーザ光を夫々の受光器で受光し、その変調信
号に基づいてレーザ光の放射方位を検出することによっ
て、この検出放射方位から移動体の位置を算出するもの
である（同公報１頁右下段１５行から２頁左上２行まで
に明記）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した特開
平１―３１１２０９号公報及び特開平３―７７００６号
公報に記載されている方法では、目標物の位置を測定す
ることはできない。

【０００８】また、特開昭５８―１９８７７２号公報に
記載されている方法によれば、移動体の位置を検出する
ことができるが、３個の受光器を移動体側に設ける必要
があり、測定条件が限定されてしまうという欠点があっ
た。また、方位毎に異なる周波数で変調されたレーザ光
を放射する必要があり、レーザ光源の構成が複雑かつ高
価になるという欠点がある。

【０００９】本発明は上述した従来技術の欠点を解決す
るためになされたものであり、その目的は簡単な構成で
測定点からみた被測定点の位置を標定することのできる
位置測定装置を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明による位置測定装
置は、測定点からみた被測定点の位置を標定する標定装
置であって、前記測定点に設けられ前記被測定点に対し
てレーザ光を照射する照射手段と、少なくとも１つが同
一直線上に位置しないようにかつ前記測定点を含む平面
上に設けられ前記被測定点からの散乱光を受光する第１
〜第Ｎ（Ｎは３以上の整数）までのＮ個の光受信手段
と、前記照射手段による光照射時から前記Ｎ個の光受信
手段による各光受信時までの時間を夫々測定する測定手
段と、前記測定点から前記Ｎ個の光受信手段までの各距
離及び前記測定手段によりこの測定された時間に基づい
て前記測定点からみた前記被測定点の位置を算出する算
出手段とを有することを特徴とする。

【００１１】

【作用】レーザ光を照射する照射手段を測定点に設け
る。第１〜第ＮまでのＮ個の光受信手段を、測定点を含
む平面上にかつ少なくとも１つが同一直線上に位置しな
いように設ける。被測定点からの散乱光を光受信手段で
受光し、光照射時からＮ個の光受信手段による各光受信
時までの時間を夫々測定する。この測定された時間及び
測定点からＮ個の光受信手段までの各距離に基づいて測
定点からみた被測定点の位置を算出する。

【００１２】

【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。

【００１３】図１は本発明による位置測定装置の一実施
例の構成を示すブロック図である。図において、本発明
の一実施例による位置測定装置は、目標物５０の位置を
測定するものであり、レーザ光発振のための信号１５の
入力に応答してレーザ光１９を送出する発振部３と、目
標物５０による散乱光２０、２１、２２を夫々受信する
受信部１、２及び４とを含んで構成されている。また、
本実施例による位置測定装置は、信号１５によるレーザ
光発振時から散乱光受信時までの時間を計測し、その測
定時間情報１６、１７、１８を処理部８に出力する計測
部５、６、７と、信号１５を生成すると共に、測定時間
情報１６、１７、１８を基に目標物５０の位置を計算す
る処理部８とを含んで構成されている。

【００１４】かかる構成において、処理部８は発振部３
及び計測部５〜７に対しレーザ光発振のための信号１５
を送る。この信号１５に応答して発振部３はレーザ光１
９を送出し、レーザ光１９は目標物５０に照射され、散
乱する。

【００１５】受信部１、２及び４は目標物５０による散
乱光２０、２１、２２を夫々受信し、受信光信号１１、
１２、１３を計測部５、６、７に出力する。

【００１６】計測部５、６、７では、処理部８からの信
号１５と受信光信号１１、１２、１３とにより、レーザ
光発振時から散乱光受信時までの時間を計測し、その測
定時間情報１６、１７、１８を処理部８に出力する。処
理部８は３つの計測部５、６、７からの測定時間情報１
６、１７、１８を距離に変換し、これを基に三角法の技
法を用いて目標物５０の位置を計算する。

【００１７】次に、本実施例の位置測定装置の処理部８
における位置計算処理方法について図２を参照して説明
する。

【００１８】図において、本例では、点Ｏに発振部が、
点Ｄ1 〜点Ｄ3 に受信部が夫々位置するように構成され
ているものとする。そして、４つの点Ｏ、点Ｄ1 、点Ｄ
2 、点Ｄ3 は全て同一平面上にあるものとする。つま
り、本例では、発振部及び２つの受信部が同一直線上に
配置し、かつ他の１つの受信部は発振部との間を結ぶ直
線が先の直線と垂直に交わるように配置されるものとす
る。そして、発振部と各受信部との距離が全て等しくな
るように配置されるものとする。

【００１９】ここで、目標物の位置、すなわち被測定点
を点Ｐ、測定点となる発振部の位置を点Ｏ、受信部の位
置を点Ｄ1 、Ｄ2 、Ｄ3 とし、ＯＰ＝ｒ、ＰＤ1 ＝ｒ1
、ＰＤ2 ＝ｒ2 、ＰＤ3 ＝ｒ3 、ＯＤ1 ＝ＯＤ2 ＝Ｏ
Ｄ3 ＝Ｌとする。

【００２０】また、３つの計測部から直接求められる値
は、発振部の位置である点Ｏから照射されたレーザ光が
目標物の位置である点Ｐに当たり、散乱して受信部Ｄ1
〜Ｄ3 に到達するまでの時間である。その時間を夫々Ｔ
1 、Ｔ２、Ｔ３とし、光速度をＣとすると、 Ｔ1 ＝（ｒ＋ｒ1 ）／Ｃ …（１） Ｔ２＝（ｒ＋ｒ2 ）／Ｃ …（２） Ｔ３＝（ｒ＋ｒ3 ）／Ｃ …（３） となる。すると、式（１）から距離ＯＰ＋ＰＤ1 は、 ｒ＋ｒ1 ＝Ｔ1 ×Ｃ＝Ｒ1 …（４） とする。同様に、 ｒ＋ｒ2 ＝Ｔ2 ×Ｃ＝Ｒ2 …（５） ｒ＋ｒ3 ＝Ｔ3 ×Ｃ＝Ｒ3 …（６） とする。

【００２１】まず、ＯＰ間の距離を求める。余弦定理よ
り、 ｒ2 ² ＝ｒ² ＋Ｌ² −２ｒＬ cosφ …（７） ｒ1 ² ＝ｒ² ＋Ｌ² −２ｒＬ cos（１８０−φ） …（８） ｒ3 ² ＝ｒ² ＋Ｌ² −２ｒＬ cosε …（９） 式（７）、式（８）は以下のように変形できるから、 ２ｒＬ cosφ＝ｒ² ＋Ｌ² −ｒ2 ² …（１０） ２ｒＬ cosφ＝ｒ1 ² −ｒ² −Ｌ² …（１１） となる。式（１０）の右辺と式（１１）の右辺とが等し
いから、さらに式（４）及び（５）を用いて、 ｒ² ＋Ｌ² −（Ｒ2 −ｒ）² ＝（Ｒ1 −ｒ）² −ｒ² −
Ｌ² となる。これを変形して、 ｒ＝（Ｒ1 ² ＋Ｒ2 ² −２Ｌ² ）／２（Ｒ1 ＋Ｒ2 ） …（１２） を得る。

【００２２】また、式（１０）より、 cosφ＝（ｒ² ＋Ｌ² −ｒ2 ² ）／２ｒＬ であるから、さらに式（５）を用いて、 cosφ＝｛ｒ² ＋Ｌ² −（Ｒ2 −ｒ）² ｝／２ｒＬ …（１３） となる。そして、式（９）を変形すれば、 cosε＝（ｒ² ＋Ｌ² −ｒ3 ² ）／２ｒＬ であるから、さらに式（６）を用いて、 cosε＝｛ｒ² ＋Ｌ² −（Ｒ3 −ｒ）² ｝／２ｒＬ …（１４） となる。式（１３）及び（１４）より、 tanξ＝ｒ cosε／ｒ cosφ …（１５） ＯＧ＝｛（ｒ cosφ）² ＋（ｒ cosε）² ｝^1/2 cosθ＝ＯＧ／ｒ …（１６） となる。

【００２３】よって、図１中の処理部８においては、式
（１２）、式（１５）及び式（１６）の計算を行えば、
測定点である点Ｏから被測定点である点Ｐまでの距離
ｒ、方位ξ及び仰角θを求めることができる。これらの
計算は、ハードウェアやソフトウェア若しくはファーム
ウェアにより、当業者が容易に行うことができる。

【００２４】本装置における距離の測定原理は周知のレ
ーザ測遠器における距離測定原理と同様のものである。
一般に、レーザ測遠器では、目標物からの散乱光は大気
による散乱光に対し十分大きな値が得られる。よって本
装置でも問題なく距離を測定できる。

【００２５】なお、本実施例では、受信部の数を３とし
たが、受信部の数を２として目標の距離と方位のみを測
定することも可能である。また受信部の数を４以上とし
ても、目標の位置を測定できる。

【００２６】また、本実施例では、図２に示されている
ように、発振部及び２つの受信部を同一直線上に、他の
１つの受信部を先の直線と発振部で垂直に交わる直線上
に配置し、発振部と３つの受信部との距離が夫々同一に
なるようにしている。この配置は、処理部８での計算を
容易にするための配置であり、本発明はこの配置に限定
されるものではない。。つまり、複数の受信部（２つの
場合は除く）が全て同一直線上にならない配置であれ
ば、図２の配置と異なる配置であっても目標位置の測定
ができることは明白である。

【００２７】さらに、本実施例では、処理部と測定部と
を別々の装置として構成したが、複数の測定部を１つに
まとめる、あるいは処理部と複数の測定部とを一つにま
とめても良いことは明らかである。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、レーザ光
を照射する照射手段、被測定点からの散乱光を受信する
ための３つ以上の受信手段、光照射時から各受信部によ
る各光受信時までの時間を夫々測定す手段という簡単な
構成により、測定点からみた被測定点の位置、すなわち
距離、方位及び仰角を測定することができるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による位置測定装置の構成を示
すブロック図である。

【図２】図１の位置測定装置における測定原理を示す図
である。

【符号の説明】

１、２、４ 受信部 ３ 発振部 ５〜７ 計測部 ８ 処理部 ５０ 目標物

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定点からみた被測定点の位置を標定す
   る標定装置であって、前記測定点に設けられ前記被測定
   点に対してレーザ光を照射する照射手段と、少なくとも
   １つが同一直線上に位置しないようにかつ前記測定点を
   含む平面上に設けられ前記被測定点からの散乱光を受光
   する第１〜第Ｎ（Ｎは３以上の整数）までのＮ個の光受
   信手段と、前記照射手段による光照射時から前記Ｎ個の
   光受信手段による各光受信時までの時間を夫々測定する
   測定手段と、前記測定点から前記Ｎ個の光受信手段まで
   の各距離及び前記測定手段によりこの測定された時間に
   基づいて前記測定点からみた前記被測定点の位置を算出
   する算出手段とを有することを特徴とする位置測定装
   置。
2. 【請求項２】 前記算出手段は、前記測定点からみた前
   記被測定点の距離、方位及び仰角を算出することを特徴
   とする請求項１記載の位置測定装置。
3. 【請求項３】 前記測定点並びに前記第１及び第２の光
   受信手段を同一直線上に設けたことを特徴とする請求項
   １又は２記載の位置測定装置。