JPH0760176B2 - 自動追尾式測位誘導装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は特に陸上の広範囲で複数の作業装置が順次移動
して作業を行うシステム、例えば杭打ち等の位置の計測
と該位置への誘導要求を使用する自動追尾式測位装置に
関するものである。

（従来の技術） 一般に陸上の広範囲で複数の作業装置が順次移動して作
業を行う場合の位置決めは、あらかじめ測量により作業
点を計測し、その作業点に杭等を打ち込むといった方法
がとられていたが、広範囲の事前測量はコストが高く、
省力化、経済性から好ましいものではなかった。

このため、自動誘導装置による自動誘導とすることが要
求され、固定局に自動追尾式の光波距離計と、測位デー
タを移動局に送るための通信装置を、また移動局側に自
動追尾式の通信装置を具備した装置、例えば特開昭63−
73178号公報に開示されているように、固定局側に設け
られた光波距離計及び移動局側に設けられた反射器と、
これら固定局及び移動局各々に設けられ、相手局に向け
た対物レンズの光軸と直交して結像点の原点からのズレ
を検出する位置センサの出力に基づいて、前記対物レン
ズの光軸を水平及び垂直に振って相手局に視準させる視
準サーボ系を具備した自動追尾式測位誘導装置が開発さ
れている。

（発明が解決しようとする課題） ところが自動追尾時に相手局の発する自動追尾用光源を
目標とすることから、遠距離に光出力を効果的に到達さ
せるために出力光のビームを広がり角を小さくしなれけ
ばならず、このため、対向する二台の各局が互いに機械
的に一定範囲を模索し、片方の局の光軸が相手局に向っ
ても、自動追尾は開始されず、二台が同時に光軸を相手
局に向いた時に初めて自動追尾が可能となるものであっ
て、自動追尾が可能となる確率は非常に低いものであ
る。

このため、自動追尾開示時には、固定局、移動局の双方
で操作者が手動で相手局に視準を合さなければならず、
複数の作業装置を一台の固定局で順次測定するには、移
動局に専従の作業者が必要となり作業能率は著しく低く
なる欠点があった。

しかも、従来の装置は単に固定局と移動局相互を自動追
尾するのみであるため、複数の作業全体の進み具合を把
握管理することができないものであった。

（発明の目的） 本発明は、作業を行う場合の事前の測量が簡単であり、
また各移動局に専従の作業者を配備することなく広範囲
にわたって移動局の送信光を受光可能として自動追尾が
可能となる確率を高め、広範囲からの誘導要求信号に対
して受信待機状態とすることができ、誘導要求を受信す
れば素早く誘導要求局を捕えてその移動局の測位と誘導
を可能とするとともに、移動局の光学系を単純化して移
動局のコストを安価にし、しかも、作業終了情報を収拾
管理して複数の作業全体を把握管理することのできる自
動追尾式測位誘導装置を提供することを目的としてい
る。

（課題を解決するための手段） 本発明の自動追尾式測位誘導装置は、単一の固定局Ａと
複数の移動局Ｂとよりなり、 固定局Ａには、光波距離計Ｄと、コリメータ光学系１に
より平行光線とし、これを二次的スキャニングするスキ
ャナー３、４を通して、前記光波距離計Ｄの光軸と平行
に照射する追尾用光源を備えた自動追尾用投光装置Ｅ
と、該自動追尾用投光装置Ｅから投光された光の反射光
を受光し、これを電気信号に変更した後二方に分岐させ
て、一方は前記スキャナー３、４の方向と弁別された前
記電気信号をもとにマイクロプロセッサ25でサーボ系2
7、28を制御し、他方はデジタル信号に変換して後、狭
角受信経路に切換える通信切換え装置20を経てマイクロ
プロセッサ25に受け渡すようにした追尾受光を兼ねる光
通信受信装置Ｆと、後記移動局Ｂの発光送信装置H2から
の光通信信号を広角対物レンズ14を通して受光し、これ
をデジタル信号に変換して前記通信切換え装置20に接続
し、前記光通信受信装置Ｆの光通信信号と切換えてマイ
クロプロセッサ25に受け渡すようにした広角受信装置G1
と、後記発光送信装置H2から送られてくる見かけ角ｂの
角度情報と光波距離計Ｄとエンコーダ装置26とにより得
られた情報をもとに移動局Ｂの作業ポイントを計算する
マイクロコンピュータ30と、該マイクロコンピュータ30
による前記計算情報をマイクロプロセッサ25で制御して
移動局Ｂへ光通信する発光送信装置H1とを装備し、 各移動局Ｂのそれぞれには、前記固定局Ａの光波距離計
Ｄと自動追尾用投光装置Ｅ及び追尾受光を兼ねる光通信
受信装置Ｆに対応させて、所定の反射可能角を有するコ
ーナーシューブプリズム31と、前記固定局Ａの発光送信
装置H1からの光線を広角対物レンズ34により結像させ、
光軸中心から結像点までのズレを広角受光センサ36によ
って検知する広角受信装置G2と、該検知信号を取込みサ
ーボ系43、44を制御するとともにエンコーダ装置45の情
報を取込んで誘導情報を表示器46に表示し、操作スイッ
チ47を具備するマイクロプロセッサ42及びエンコーダ装
置45の情報を光送信信号として広角コリメータ32を通し
て発信する発光送信装置H2とを装備したことを特徴とす
るものである。

（発明の作用） 上記のように構成した本発明の自動追尾式測位誘導装置
は、作業開始前にトランシット等で事前測量された特定
点に固定局Ａを設置した後、まず電源を投入して、第２
図に示すように操作者が手動により事前測量された測角
原点Ｃを視準し、測角値を０度となるようにゼロセット
スイッチを操作する。

その後、手動にて作業区域内に複数存在する移動局Ｂを
見かけ角ａで視準し、自動追尾を行い、複数の移動局Ｂ
の装置番号と位置をマイクロコンピュータに取り込む操
作を行う。

この操作は、全体作業の開始時点に一度行えばマイクロ
コンピュータ内の記録媒体内に記録されるため、毎日、
作業開始前に行う必要はない。

次に操作者はマイクロコンピューターを操作し移動局Ｂ
よりの誘導要求待機状態とする。

この状態において移動局Ｂ側の作業装置操作者が操作ス
イッチにより誘導要求信号を送信すると、固定局Ａは広
角受光装置によりこれを受信し、装置番号を判別して、
自動的に移動局Ｂを探索するようになる。この時点で、
受信経路を通信切換え装置により狭角受信経路に切換え
た後、探索特定された移動局Ｂを自動追尾して距離と角
度を計測し、光通信により得た移動局Ｂの固定局Ａに対
する見かけ角ｂの角度情報と共に作業装置の作業ポイン
トＰの位置を計算し、予め記録媒体に設定された装置番
号ごとの作業位置順序を参照して目標地点との位置ズレ
を計算し、移動方向を光通信で移動局Ｂに送信する。

作業装置の操作者は、表示器に示された誘導情報をもと
に作業装置を移動し、目標地点に到達すると操作スイッ
チによって移動終了を固定局Ａのマイクロコンピュータ
に送信する。

固定局Ａは、移動終了信号を受信すると、複数の移動局
Ｂのほぼ中心付近方向を向くように旋回させるととも
に、受信経路を通信切換え装置により広角受光経路に切
換えると、広角範囲にわたって、移動局Ｂからの誘導要
求信号を受信できる態勢となり、前記の誘導要求待機状
態となる。

（実 施 例） 次に本発明の自動追尾式測位誘導装置の実施例を、図面
に基づいて説明する。

第１図は本発明に係る自動追尾式誘導装置の全体を示す
構成図、第２図は固定局と移動局の位置関係を示す見取
り図である。

本発明装置は、固定局Ａと複数の移動局Ｂ（図面上は単
一の移動局を示す）とから構成されている。

固定局Ａは、光波距離計Ｄ、自動追尾用投光装置Ｅ、追
尾受光を兼ねた光通信受信装置Ｆ、広角受光装置G1、発
光送信装置H1、水平サーボ系27、垂直サーボ系28、各サ
ーボ系の回転角を検知するエンコーダ装置26及びこれら
を制御するマイクロプロセッサ25を備えており、光ファ
イバー29で接続されたマイクロコンピュータ30により操
作される。

また移動局は、前記固定局Ａの光波距離計Ｄの自動追尾
用投光装置Ｅに対応させて設けた±30度の反射可能角を
有するコーナーキューブプリズム31、広角受光装置G2、
発光送信装置H2、水平サーボ系43、垂直サーボ系44、各
サーボ系の回転角を検知するエンコーダ装置45及びこれ
らを制御するマイクロプロセッサ42を備えており、これ
に接続された操作スイッチ47で操作され、表示器46に誘
導指示が表示されるようになっている。

次に上記各部の構成と相互関係及び作用を説明する。

まず固定局Ａの光波距離計Ｄは、波長830nmの赤外線LED
を15MHzで点滅させた変調光を移動局Ｂのコーナーキュ
ーブプリズム31に照射し、反射光を受光して距離計測を
行うように配設されている。この計測は以下に説明する
自動追尾の段階で行われる。

また自動追尾用投光装置Ｅは、波長830nmの赤外線レー
ザ２を光源としており、これを455KHzの周期で点滅させ
変調光とし、発光ビームの広がり角を小さくするコリメ
ータ光学系１により平行光線とし、これを二次元的スキ
ャニングするため、水平スキャニング装置３及び垂直ス
キャニング装置４を通して、光波距離計Ｄの光軸と所定
間隔を持つ平行な軸を中心に照射するように配設されて
いる。

この照射光は、移動局Ｂ側の入射角と反射角を等しくす
るコーナーキューブプリズム31方向に照射された時点で
コーナーキューブプリズム31により反射され、追尾受光
を兼ねた光通信受信装置Ｆで受光する。

さらに追尾受光を兼ねた光通信受信装置Ｆは、受光した
光線を対物レンズ８によって集光し、特定の波長のみを
透過させる光学的干渉フィルタ６を通し、受光センサ７
上に結像させて電気信号に変換した後、増幅器９により
増幅し、周波数フィルタ10によって自然外乱光と弁別
し、この時点のスキャニング方向をマイクロプロセッサ
25によって参照することによりコーナーキューブプリズ
ム31の方向を検知し、これが二次元的スキャニング光の
中心軸方向と一致するよう、水平、垂直にそれぞれ装置
全体を回動させる水平サーボ系27、垂直サーボ系28をマ
イクロプロセッサ25で制御し、コーナーキューブプリズ
ム31の移動に対して自動的に追尾を行うように構成する
とともに、光通信経路として、前記増幅器９により増幅
された光通信信号を自然外乱光や自動追尾用光線と弁別
する周波数フィルター11と、デジタル信号に変換する光
通信受信基板12とを通し、これを通信切換え装置20を介
してマイクロプロセッサ25に受け渡すようになってい
る。

また広角受光装置G1は、入射光を有効受信可能範囲を約
±50度の広角対物レンズ14、光学干渉フィルタ15に通し
て、広角受光センサ16で捕え、これを増幅器17で増幅し
て周波数フィルタ18により所定周波数の光受信信号と
し、これをデジタル信号に変換する受信基板19を介して
前記追尾受光を兼ねた光通信受信装置Ｆの通信切換え器
20に供給するようになっている。

発光送信装置H1は、マイクロプロセッサ25により制御さ
れる送信基板24からの信号により、光通信信号を、波長
670nmの可視光半導体レーザ23を用いて中心周波数40KHz
の周波数に変調し、コリメータ光学系22により発散角を
小さくして照射するようになっている。

一方移動局Ｂの広角受光装置G2は、前記固定局Ａの発光
送信装置H1に対応して設けられており、該発光送信装置
H1からの光通信信号を広角対物レンズ34により集光し、
光学干渉フィルタ35を経て広角受光センサ36上に結像さ
せるようになっており、この信号を増幅器37により増幅
した後、周波数フィルター38を用いて自然外乱光と弁別
し、これを、位置検出器40によって広角対物レンズ34の
光軸中心よりのズレを検出してマイクロプロセッサ42へ
取り込む経路と、光通信受信基板41を介してマイクロプ
ロセッサ42に供給する経路に分岐させてある。

前記取り込む経路からの信号は、水平サーボ系43及び垂
直サーボ系44を制御して装置を水平垂直に回動させ、光
軸中心点と結像点を一致させるようにして固定局Ａを自
動追尾する。

この時、第２図に示すように作業ポイントＰと固定局Ａ
の見かけ角ｂをエンコーダ装置45によって計測し、この
角度情報をマイクロプロセッサ42が取り込み、送信信号
として送信LEDドライバ39に送るようになっている。

また移動局Ｂの発光送信装置H2は、送信LEDドライバ39
に送られた信号を、波長890nmの赤外線LED33に送り、中
心周波数40KHzに振幅変調された光線として投光用広角
コリメータ32を通し、固定局Ａの広角受光装置G1と追尾
受光を兼ねた光通信受信装置Ｆ方向に照射されるように
なっている。

この移動局Ｂよりの見かけ角ｂの角度情報信号光は、固
定局Ａの追尾受光を兼ねた光通信受信装置Ｆの対物レン
ズ８によって集光され、通信切換え装置20を経て、マイ
クロプロセッサ25に受け渡される。

また移動局Ｂの固定局Ａへの見かけ角ｂの角度情報は、
光波距離計Ｄとエンコーダ装置26とにより得られた移動
局Ｂへの距離と見かけ角ａの角度情報とともに、光ファ
イバー29を通してマイクロコンピュータ30に送られ、こ
れらの情報をもとにマイクロコンピュータ30は移動局Ｂ
の作業ポイントＰの位置を計算し、移動局Ｂの移動点ま
でのズレを、発光送信装置H1を通して移動局Ｂの広角受
光装置G2へ送信する。

受信した広角受光装置G2は、これをデジタル信号に変換
してマイクロプロセッサ42に受け渡す。

マイクロプロセッサ42は、前記情報をもとに表示器46に
作業装置の作業者に対する誘導情報を表示する。

本発明の装置の各部は上記のような順序で一連の動作を
繰り返し、作業装置が所定の目標地点に移動したことを
確認すると、作業者は移動終了を示す操作スイッチ47を
操作し、マイクロプロセッサ42に移動終了が伝えられ
る。

移動終了情報を受け取ったマイクロコンピュータ30は、
移動局Ｂに対する自動追尾を終了し、マイクロプロセッ
サ25に対して複数の移動局の存在する区域のほぼ中心位
置へ光軸を向けて待機する命令を光ファイバー29を通し
て送る。

この命令を受けてマイクロプロセッサ25は、水平垂直サ
ーボ系27、28を制御し、所定の方向に光軸を向けて待機
する。

この時、固定局Ａは受光経路を追尾受光を兼ねた光通信
受光装置Ｆより分岐する狭角受光信号を通信切換え装置
20によって切り離し、広角受光装置G1を経て得られる信
号を受信するように切り換える。

この広角受光装置G1の有効受信可能範囲は、±50度と広
角であるため、上記待機位置での複数の移動局より通信
信号が発せられたことを検知することが可能となる。

従って、移動局側で、作業者が作業を終了し、次の作業
位置への誘導要求をする時、作業者は誘導要求の操作ス
イッチ47を操作し、この情報が移動局の発光送信装置H2
から固定局Ａの広角受光装置G1に向けて、移動局Ｂの装
置番号とともに光信号として照射され、この信号がマイ
クロコンピュータ30に受け渡され、マイクロコンピュー
タ30は、移動局Ｂの装置番号情報をもとに移動局Ｂの予
想される位置の近傍を探索するようマイクロプロセッサ
25に命じ、自動追尾を開始した後、通信切換え装置20に
よって通信可能角を狭めて他の移動局Ｂよりの混信を防
ぐようになる。

目的とする移動局において誘導要求がされていなけれ
ば、さらに別の移動局Ｂに対して追尾、誘導要求の確認
の光通信を行い、誘導要求を出していた移動局Ｂに対し
て上記一連の動作を行い、その誘導を行うのである。

尚、移動局Ｂの操作スイッチ47には、誘導要求スイッ
チ、移動終了スイッチの他に、作業の進み具合登録用ス
イッチを含むものである。

（発明の効果） 以上説明した本発明に係る自動追尾式測位誘導装置は、
自動追尾用の光源を内蔵するとともに、固定局よりの自
動追尾には、移動局側にコーナーキューブプリズムを配
設すればよく、またコーナーキューブプリズムの反射可
能角である光軸を中心として、所定の範囲に固定局があ
れば自動追尾が可能となり、このため、固定局は移動局
が概ね固定局方向を向いていれば、移動局の自動追尾が
可能であり、固定局が移動局を自動追尾した後は、固定
局側からの移動局への自動追尾用光線は、常時移動局に
受光可能な位置に照射されるようになる。

このため固定局は、所定の範囲内にコーナーキューブプ
リズムが向けられていれば、特別の操作者を必要とせず
に、複数の移動局を順次マイクロコンピュータの指示に
より自動追尾することが可能とすることができるととも
に、移動局も固定局に自動追尾されれば、固定局よりの
光通信送信光を兼ねる自動追尾用光線が常に受光可能と
なって、固定局を自動追尾することが可能とすることが
できる。

さらに固定局に広角受光装置を具備させたから、複数の
移動局よりの誘導要求信号を広範囲において受信待機す
ることが可能となり、しかも移動局を自動追尾して測位
データを送受信することが必要な状態になると、通信切
換え装置により自動追尾用の狭角受光として特定の受信
信号しか受付けないために、複数の移動局より誘導要求
信号が出されても不必要な混信を避けることができる。

そしてまた、移動局は固定局より発せされた光通信信号
を自動追尾と通信の双方に用いているため、単純な光学
系により装置を構成することができ、複数の移動局を必
要とする場合でもコストの低廉化を図ることができる。

さらに作業終了情報を固定局側のマイクロコンピュータ
によって収拾することが可能となるため、複数の作業全
体の進み具合を把握管理し全体の作業能率を向上させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る自動追尾式測位誘導装置の全体を
示す構成図、第２図は固定局と移動局の位置関係を示す
見取り図である。 Ａ……固定局、Ｂ……移動局 Ｄ……光波距離計、Ｅ……自動追尾投光装置 Ｆ……追尾受光を兼ねた光通信受信装置 G1、G2……広角受光装置 H1、H2……発光送信装置 ８……対物レンズ 16、36……広角受光センサ 14、34……広角対物レンズ 20……通信切換え装置 25、42……マイクロプロセッサ 26、45……エンコーダ装置 27、43……水平サーボ系 28、44……垂直サーボ系 30……マイクロコンピュータ 31……コーナーキューブプリズム 46……表示器、47……操作スイッチ

フロントページの続き (72)発明者 高橋 純一郎 大阪府吹田市千里山西３丁目48番８号 (72)発明者 藤本 誠治 奈良県磯城郡田原本町鍵380番地

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】単一の固定局（Ａ）と複数の移動局（Ｂ）
   とよりなり、固定局（Ａ）には、光波距離計（Ｄ）と、
   コリメータ光学系（１）により平行光線とし、これを二
   次的スキャニングするスキャナー（３）、（４）を通し
   て、前記光波距離計（Ｄ）の光軸と平行に照射する追尾
   用光源を備えた自動追尾用投光装置（Ｅ）と、該自動追
   尾用投光装置（Ｅ）から投光された光の反射光を受光
   し、これを電気信号に変更した後、二方に分岐させて、
   一方は前記スキャナー（３）、（４）の方向と弁別され
   た前記電気信号をもとにマイクロプロセッサ（25）でサ
   ーボ系（27）、（28）を制御し、他方はデジタル信号に
   変換して後、狭角受信経路に切換える通信切換え装置
   （20）を経てマイクロプロセッサ（25）に受け渡すよう
   にした追尾受光を兼ねる光通信受信装置（Ｆ）と、後記
   移動局（Ｂ）の発光送信装置（H2）からの光通信信号を
   広角対物レンズ（14）を通して受光し、これをデジタル
   信号に変換して前記通信切換え装置（20）に接続し、前
   記光通信受信装置（Ｆ）の光通信信号と切換えてマイク
   ロプロセッサ（25）に受け渡すようにした広角受信装置
   （G1）と、後記（H2）から送られてくる見かけ角ｂの角
   度情報と光波距離計（Ｄ）とエンコーダ装置（26）によ
   り得られた計測情報とにより、移動局（Ｂ）の作業ポイ
   ントＰを計算するマイクロコンピュータ（30）及び該マ
   イクロコンピュータ（30）による前記計算された計算情
   報をマイクロプロセッサ（25）で制御して移動局（Ｂ）
   へ光通信する発光送信装置（H1）とを装備し、 各移動局（Ｂ）のそれぞれには、前記固定局（Ａ）の光
   波距離計（Ｄ）と自動追尾用投光装置（Ｅ）及び追尾受
   光を兼ねる光通信受信装置（Ｆ）に対応させて、所定の
   反射可能角を有するコーナーキューブプリズム（31）
   と、前記固定局（Ａ）の発光送信装置（H1）からの光線
   を広角対物レンズ（34）により結像させ、光軸中心から
   結像点までのズレを広角受光センサ（36）によって検知
   する広角受信装置（G2）と、該検知信号を取込みサーボ
   系（43）（44）を制御するとともにエンコーダ装置（4
   5）の情報を取込んで誘導情報を表示器（46）に表示
   し、操作スイッチ（47）を具備するマイクロプロセッサ
   （42）及びエンコーダ装置（45）の情報を光送信信号と
   して広角コリメータ（32）を通して発信する発光送信装
   置（H2）とを装備したことを特徴とする自動追尾式測位
   誘導装置。