JP2001272226A

JP2001272226A - 位置計測レーザ装置

Info

Publication number: JP2001272226A
Application number: JP2000088490A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Kubota; 恭史久保田; Makoto Mochizuki; 真望月; Toshihiko Kurebayashi; 俊彦紅林
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2000-03-24
Filing date: 2000-03-24
Publication date: 2001-10-05
Also published as: US6650425B2; US20010024281A1

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】外光の影響による無人走行車両の計測誤差を
防止し、位置計測を高精度に行うことを可能にした位置
計測レーザ装置を提供する。【解決手段】それぞれ所定の角度で光軸が向けられた
第１及び第２のレーザ送受信器を備え、レーザダイオー
ド１２３からの光を基準反射鏡で照射し、反射鏡で反射
された光を受光用フォトダイオード１２８で受光し、受
光信号に基づいて基準反射鏡に対する移動体の位置を計
測する信号処理回路１５０を含む位置計測手段を備え
る。位置計測手段は、レーザ光出射手段に対し駆動信号
を出力する手段１６１〜１６４と、この駆動信号の周波
数に基づいてタイミングを生成するタイミング生成手段
１６７，１６８と、このタイミング信号に基づいて受光
信号（ｅ）と駆動信号（ｄ）の一致を検出する一致検出
手段１６５と、一致検出が所定回数だけ連続したときに
有効な受光信号として出力する出力手段１６６とを備え
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は無人走行車両の走行
システムに用いられ、無人走行車両の走行位置を計測し
て当該無人走行車両の進路を制御するために用いる位置
計測レーザ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】鉱山を始めとする屋外作業場において、
ある場所と他の場所との間で繰り返し荷物を搬送するよ
うな場合に、無人走行車両を利用した走行システムが提
案されている。例えば、最初は有人走行により走行車両
を所定の進路で走行させるとともに、その際における走
行位置を近年において自動車の位置検出用に実用化され
ているＧＰＳシステムを利用して計測し、その計測した
走行位置を目標位置として記憶装置に記憶する。しかる
上で、以降は無人走行により走行車両を走行させるとと
もに、前記ＧＰＳシステムにより当該走行車両の位置を
計測し、その計測した位置と、記憶装置に記憶した目標
位置とを比較し、両者の差に基づいて当該無人走行車両
の操舵を車載コンピュータにより制御することで、無人
走行車両を目標位置に向けて自動走行させることが可能
になる。しかしながら、ＧＰＳシステムによる位置計測
は、グローバルな位置計測用に開発されているものであ
るため、前記した屋外作業場のような狭い範囲内ではあ
る程度の誤差が生じることは避けられず、したがって無
人走行車両の自動走行を高精度に制御することは困難に
なる。そのため、このような誤差を解消して無人走行車
両の位置補正を行うために、当該無人走行車両の位置を
計測するための位置計測レーザ装置を開発し、これを前
記ＧＰＳシステムに組み込むことにより、高精度な自動
走行を可能にすることが考えられている。

【０００３】図８（ａ），（ｂ）は前記位置計測レーザ
装置を用いた無人走行車両の位置計測並びに位置補正を
説明するための概念図である。無人走行車両、例えば無
人トラックＡＣには所要の角度をなす２つの方向に向け
てレーザ光を出射するとともに、これら２つの方向から
それぞれ入射される各レーザ光を検出することが可能な
位置計測レーザ装置１を搭載する。一方、前記無人トラ
ックＡＣが走行される進路に沿って、入射されたレーザ
光を１８０度の方向に反射する再帰反射鏡ＲＲを所要の
間隔で配置している。そして、図８（ｂ）の実線のよう
に、前記無人トラックＡＣに搭載した位置計測レーザ装
置１から所要の角度で前方に向けてレーザ光を出射し、
当該レーザ光が再帰反射鏡ＲＲにおいて反射したレーザ
光を前記位置計測レーザ装置１において検出する。ま
た、同図鎖線のように、前記無人トラックＡＣが所定距
離だけ進行したときに、側方に向けてレーザ光を出射
し、かつ前記再帰反射鏡ＲＲで反射された当該レーザ光
の検出を行う。これにより、無人トラックＡＣの移動距
離Ｌと、前記２つのレーザ光の角度とを用いた三角法に
よって、再帰反射鏡ＲＲに対する無人トラックＡＣの位
置を検出することが可能になる。したがって、図８
（ａ）のように、この位置検出を前記進路に沿って配列
されている各再帰反射鏡ＲＲに対して行いながら、当該
位置が所定の位置となるように無人トラックＡＣの進行
方向を制御することで、高精度な自動走行を実現するこ
とが可能になる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような無人車両の
走行システムでは、位置計測レーザ装置からレーザ光を
出射するとともに、再帰反射鏡で反射されたレーザ光を
当該位置計測レーザ装置において受光しているが、この
際のレーザ光として可視光を用いている。そのため、位
置計測レーザ装置が出射したレーザ光以外の外光を受光
すると、正確な位置検出ができなくなるという問題があ
る。したがって、位置計測レーザ装置が出射したレーザ
光のみを検出して位置検出を行うことが要求される。

【０００５】また、この種の無人車両の走行システム
は、自然条件の厳しい場所に採用されることが多いが、
特に高温地域や寒冷地域においても位置計測レーザ装置
が確実にレーザ光を出射することが要求される。さら
に、位置計測レーザ装置からは、前記したように異なる
角度方向にそれぞれレーザ光を出射し、かつ受光する必
要があるが、この角度に誤差が生じると高精度な位置計
測を行うことは難しく、位置計測レーザ装置において角
度設定を高精度に行う必要があり、そのための設定が難
しい。また、位相計測レーザ装置からレーザ光を出射
し、かつ受光するためにレーザ光を透過する窓が設けら
れるが、過酷な自然条件によって窓が汚染されたときに
は、そのつど窓を清掃する必要があり、そのための作業
が煩雑なものになる。

【０００６】本発明の目的は、前記した問題に鑑み、外
光の影響を無くして無人車両の位置計測を高精度に行う
ことを可能にした位置計測レーザ装置を提供するもので
ある。また、本発明の他の目的は、外部環境温度のいか
んにかかわらず確実に位置計測を可能にした位置計測レ
ーザ装置を提供するものである。さらに、本発明の目的
は、無人走行車両に対する位置計測レーザ装置の設定を
容易に行い、かつそのメインテナンスを容易にした位置
計測レーザ装置を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、無人走行車両
等の移動体にそれぞれ所要の角度で光軸が向けられた第
１及び第２のレーザ送受信器を備え、前記各レーザ送受
信器には、レーザ光を出射するレーザ光出射手段と、前
記出射されたレーザ光が基準反射鏡において反射された
レーザ光を受光するレーザ光受光手段とを有し、前記両
レーザ送受信器で得られる各レーザ光の受光信号に基づ
いて前記基準反射鏡に対する前記移動体の位置を計測す
る位置計測レーザ装置において、前記レーザ光出射手段
を駆動する駆動信号と、前記レーザ光受光手段で得られ
る受光信号とを比較し、両者が一致したときに前記受光
信号に基づいて前記移動体の位置計測を行う位置計測手
段を備えており、特に、前記位置計測手段は、前記レー
ザ光出射手段に対して所要の周波数の前記駆動信号を出
力する手段と、前記駆動信号の周波数に基づいて設定さ
れるタイミング信号を生成するタイミング生成手段と、
前記タイミング信号に基づいて前記受光信号と前記駆動
信号とを比較して両者の一致を検出する一致検出手段
と、前記一致検出手段での一致検出が所定回数だけ連続
したときに前記受光信号を有効な受光信号として出力す
る出力手段とを備えることを特徴としている。

【０００８】また、本発明の位置計測レーザ装置におい
ては、次の形態とすることが好ましい。第１に、前記レ
ーザ光出射手段は、レーザダイオードを内蔵したレーザ
モジュールとして構成され、前記レーザモジュールは前
記レーザ送受信器の内部に固定的に設けられたペルチェ
素子に対して着脱可能で、かつ前記レーザモジュールの
光軸位置調整が可能に構成される。第２に、前記両レー
ザ送受信器は、ひとつの取り付け板に固定支持されてお
り、前記各レーザ送受信器と前記取り付け板は、前記各
レーザ送受信器の光軸方向を決定するために一方に設け
た凸部と、他方に設けた凹溝とが互いに嵌合されて固定
支持が行われる構成とされる。第３に、前記レーザ送受
信器には、前記レーザ光を透過するための窓が開口さ
れ、前記窓の前側には、前記レーザ送受信器に対して着
脱可能な透明板が配置される構成とされる。

【０００９】本発明の位置計測レーザ装置では、レーザ
光を出射する際の駆動信号と、レーザ光を受光して得ら
れる受光信号とを比較し、両者が一致したとき、好まし
くは両者が所定回数だけ連続して一致したときに、当該
受光信号がレーザ光出射手段から出射されて基準反射鏡
で反射されたレーザ光として判定することにより、外光
の影響を受けることなく、移動体の位置計測を高精度に
行うことが可能になる。また、前記第１ないし第３の形
態を採用することで、外部環境温度のいかんにかかわら
ず確実に位置計測を可能にし、また、無人走行車両に対
する位置計測レーザ装置の設定を容易に行い、かつその
メインテナンスを容易にすることが可能になる。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図１は本発明の位置計測レーザ装置
の一部を分解した全体構成図、図２はその組立状態の平
面図であり、図８に示したような無人トラックＡＣに装
備されるものである。前記位置計測レーザ装置１は、第
１及び第２の２つのレーザ送受信器１００Ａ，１００Ｂ
で構成されており、金属板等により形成される強固な取
り付け板１１上に、その裏面から挿通されるネジ１３に
よって固定支持されている。前記取り付け板１１は、前
記無人トラックの一部に水平方向に向けて装備されると
ともに、前記第１のレーザ送受信器１００Ａが固定支持
される箇所には、無人トラックの進行方向に対して垂直
な方向に対して３０°前方に向けて延長される凸キー１
２が設けられ、前記第２のレーザ送受信器１００Ｂが固
定支持される箇所には、前記垂直な方向に向けて同様に
延長される凸キー（図示せず）が設けられている。

【００１１】また、前記第１及び第２の各レーザ送受信
器１００Ａ，１００Ｂはそれぞれ同じ構成のものが用い
られており、各レーザ送受信器１００Ａ，１００Ｂは正
面に設けられた窓１０９を通してレーザ光を出射すると
ともに、図８に示した再帰反射鏡ＲＲにおいて反射され
た当該レーザ光を受光する。また、前記無人トラックＡ
Ｃ上の基準点Ｏｘを頂点とし、当該無人トラックの進行
方向に対して水平面上で垂直な方向よりも前方に３０°
の方向に光軸方向を向けて前記第１のレーザ送受信器１
００Ａが配置され、また前記垂直な方向に光軸方向を向
けて前記第２のレーザ送受信器１００Ｂが配置されてい
る。

【００１２】図３は前記第１及び第２の２つのレーザ送
受信器１００Ａ，１００Ｂの構成を説明するために、第
１のレーザ送受信器１００Ａの一部を分解した斜視図で
ある。また、図４は前記レーザ送受信器の一部を破断し
た側面図、図５は図４のＡＡ線縦断面図である。それぞ
れアルミニウム等の金属材で形成された箱状をしたベー
ス部１０１と、前記ベース部１０１上に被着されて図外
のねじにより固定されるカバー部１０２とでケーシング
が構成されている。前記ベース部１０１の底面には、光
軸方向に向けて延長されるキー溝１０３が形成されてお
り、このキー溝１０３は前記取り付け板１１に設けられ
た凸キー１２に嵌合することが可能である。また、前記
ベース部１０１の内部には、レーザ光を発光するレーザ
モジュール１０４と、前記した再帰反射鏡で反射された
レーザ光を受光する受光モジュール１０５と、前記レー
ザモジュール１０４から出射したレーザ光を平行光束と
して外部に投射するとともに、前記再帰反射鏡で反射さ
れたレーザ光を前記受光モジュール１０５に集光するた
めの光学系１０６と、前記レーザモジュール１０４を駆
動するとともに、前記受光モジュール１０５で受光した
信号に基づいて再帰反射鏡までの距離を演算する内部回
路１０７とが一体的に収納されている。なお、前記ベー
ス部１０１の側面には冷却フィン１０８が設けられてい
る。また、前記カバー部１０２は、前記ベース部１０１
の上方に突出されている前記光学系１０６及びレーザモ
ジュール１０５等を覆うとともに、前記光学系１０６か
ら出射され、あるいは受光されるレーザ光を透過するた
めの窓１０９が設けられている。

【００１３】前記ベース部１０１内には、ベーク材から
なる下側基板１１１が内装されており、前記下側基板１
１１に設けた開口内にはペルチェ素子１１２が埋め込ま
れており、前記ペルチェ素子１１２が前記ベース部１０
１の内底面に接するように前記下側基板１１１が前記ベ
ース部１０１の内底面に固定されている。また、前記下
側基板１１１の上面には前記ペルチェ素子１１２の直上
位置にアルミニウムからなる冷却筒部１１３が立設され
るとともに、前記冷却筒部１１３の周囲を覆うように発
泡ウレタン等の断熱部１１４が一体に設けられている。
なお、前記ペルチェ素子１１２は、通電する電流を制御
することによって加熱または冷却が可能な素子であるこ
とは言うまでもない。

【００１４】そして、前記冷却筒部１１３及び断熱部１
１４の上側には、ベーク材からなる上側基板１２１が載
置されている。前記上側基板１２１には光通過穴１２２
が開口されており、この光通過穴１２２が設けられた箇
所の下側面には前記レーザモジュール１０４が下方に向
けて突出した状態に支持されている。前記レーザモジュ
ール１０４は、レーザ発光素子としてのレーザダイオー
ド１２３と、当該レーザダイオード１２３から出射され
たレーザ光を平行光にするための送光レンズ１２４で構
成され、モジュール筒１２５内に内装されており、前記
レーザモジュール１０４は前記冷却筒部１１３内に内装
配置されている。また、前記レーザダイオード１２３に
は、モニタ用フォトダイオード１２６が一体的に内蔵さ
れており（図６参照）、前記レーザダイオード１２３か
ら出射されるレーザ光の一部をモニタ用フォトダイオー
ド１２６でモニタする構成のものが用いられている。こ
こで、前記レーザモジュール１０４はその出射光軸が前
記受光モジュール１０５の光軸と交差するように前記ベ
ース部１０１に対して鉛直上方に向けられている。

【００１５】また、前記上側基板１２１の上面の一端側
の位置には、受光モジュールホルダ１２７が一体的に立
設されており、この受光モジュールホルダ１２７には前
記受光モジュール１０５が支持されている。前記受光モ
ジュール１０５の内部にはレーザ受光素子としての受光
用フォトダイオード１２８が内蔵されている。ここで、
前記受光用フォトダイオード１２８は、その受光光軸が
前記上側基板１２１の長手方向に沿った水平方向に向け
られている。また、前記上側基板１２１の上面の前記受
光モジュール１０５の前側位置には、レンズホルダ１２
９が一体的に立設されており、このレンズホルダ１２９
には前記受光用フォトダイオード１２８と光軸が一致さ
れ、かつ前記受光用フォトダイオード１２８の受光面に
焦点を合わせた受光レンズ１３０が支持されている。さ
らに、前記上側基板１２１の上面の前記受光レンズ１３
０よりも前側の位置にはミラーホルダ１３１が一体的に
立設されており、このミラーホルダ１３１には前記受光
モジュール１０５の光軸と前記レーザモジュール１０４
の光軸とが交差する位置において、下方に４５°の角度
で前方に傾斜された反射ミラー１３２が支持されてい
る。なお、前記送光レンズ１２４、前記受光レンズ１３
０、前記反射ミラー１３２とで前記光学系１０６を構成
することになる。そして、前記レーザモジュール１０４
を構成するレーザダイオード１２３とモニタ用フォトダ
イオード１２６、及び前記受光用フォトダイオード１２
８はそれぞれ内部回路１０７に接続されている。

【００１６】一方、前記カバー部１０２は、正面１４１
が幾分後方に向けて傾斜されており、この傾斜された正
面１４１にはシール板１４２を介して正面板１４３がネ
ジ１４４により固定されている。そして、前記正面板１
４３、前記シール板１４２、及び前記カバー部１０２の
正面１４１にわたって前記受光用フォトダイオード１２
８の光軸を含む領域に前記した円形の窓１０９が開口さ
れている。また、前記窓１０９に臨む前記カバー部１０
２の内面には封止ガラス板１４５が取り付けられてい
る。前記封止ガラス板１４５は、前記レーザダイオード
１２３から出射されるレーザ光を透過することが可能で
あるとともに、機械的な強度が高い材質のものが用いら
れている。また、前記シール板１４２と正面板１４３と
の間には、微小な間隙１４６が形成されており、この間
隙１４６内には先端を円弧状に形成した透明保護板１４
７が上方から抜き差し可能とされている。前記透明保護
板１４７は、前記封止ガラス板１４５の前側を、汚泥や
汚水、埃、小石等から保護するためのものであり、ポリ
カーボネート等の硬質プラスチック板等により形成され
ている。

【００１７】以上の構成のレーザ送受信器１００Ａ（１
００Ｂ）によれば、レーザダイオード１２３で発光され
て出射されるレーザ光は、送光レンズ１２４により平行
光束とされた上で垂直上方に向けられ、反射ミラー１３
２で水平方向に反射され、封止ガラス板１４５、窓１０
９、さらに保護透明板１４７を通して外部に出射され
る。そして、再帰反射鏡で反射された前記レーザ光は、
前記とは逆に、保護透明板１４７、窓１０９、封止ガラ
ス板１４５を通し、さらに反射ミラー１３２の周囲を通
過したレーザ光は受光レンズ１３０によって受光用フォ
トダイオード１２８に集光され、当該受光用フォトダイ
オード１２８で受光されることになる。なお、前記レー
ザダイオード１２３で発光されたレーザ光の一部は、モ
ニタ用フォトダイオード１２６で受光されることにな
る。そして、前記受光用フォトダイオード１２８で受光
した信号を前記内部回路１０７において信号処理し、さ
らに、この信号を処理を、前記第１及び第２の２つのレ
ーザ送受信器１００Ａ，１００Ｂのそれぞれにおいて行
なうことで、三角法に基づいて前記再帰反射鏡までの距
離を演算することが可能になる。

【００１８】次に、前記内部回路１０７の構成とその作
用について説明する。図６（ａ）は前記内部回路１０７
のブロック構成図である。前記レーザダイオード１２３
に接続されるＬＤ駆動回路１５１は、前記レーザダイオ
ード１２３に駆動電流を供給し、レーザダイオード１２
３を発光させる。ここで、前記ＬＤ駆動回路１５１は、
後述するように、所定の周波数の駆動パルスで前記レー
ザダイオード１２３を駆動して発光するように構成され
る。また、ＬＤ劣化・故障検出回路１５２は、前記レー
ザモジュール１０４内に組み込まれているモニタ用フォ
トダイオード１２６の受光出力に基づいて前記レーザダ
イオード１２３の発光出力の異常を検出し、警告信号を
出力する構成とされる。また、前記受光用フォトダイオ
ード１２８には、当該受光用フォトダイオードの受光出
力である受光電流を電圧に変換する電流−電圧変化回路
１５３と、変換された電圧を増幅する増幅回路１５４と
が縦続接続される。そして、前記ＬＤ駆動回路１５１と
前記増幅回路１５４はそれぞれ信号処理回路１５０に接
続されている。

【００１９】信号処理回路１５０は、前記ＬＤ駆動回路
１５１に対して駆動信号としての駆動パルスを供給する
一方で、前記増幅回路１５４で増幅された受光用フォト
ダイオード１２８の受光信号を入力し、この受光信号に
基づいて前記レーザ送受信器１００Ａ，１００Ｂから出
射されたレーザ光が前記再帰反射鏡で反射され、受光用
フォトダイオード１２８で受光されたことを検出し、こ
の検出に基づいてＲＲ（再帰反射）検出信号を出力する
回路構成とされている。このＲＲ検出信号は、前記第１
及び第２の２つのレーザ送受信器１００Ａ，１００Ｂか
らそれぞれ出力され、各ＲＲ検出信号は図外の位置計測
回路に入力され、ここで三角法により前記各レーザ送受
信器１００Ａ，１００Ｂを搭載した無人トラックと再帰
反射鏡との間の距離を演算し、当該無人トラックの位置
を計測するように構成されていることは後述する。な
お、前記内部回路１０７には、前記ペルチェ素子１１２
に供給する電流を制御して当該ペルチェ素子１１２を加
熱、冷却するための温度制御回路１５５が設けられてお
り、前記温度制御回路１５５には温度センサ１５６が接
続されており、前記ペルチェ素子１１２により前記レー
ザモジュール１０４の温度、特に前記レーザダイオード
１２３の温度を所定の温度に制御することが可能であ
る。

【００２０】前記信号処理回路１５０は、例えば、図６
（ｂ）に示すように、周波数が１．３ＭＨｚの基本ク
ロック信号を発生するクロック発生器１６１と、発生さ
れた前記基本クロック信号を順次１／２分周する第１か
ら第３段の３つの分周器１６２，１６３，１６４とを備
えており、最後段である第３段の１／２分周器１６４の
出力としての周波数が２０８ｋＨｚの第３段クロック信
号を駆動パルスとして前記ＬＤ駆動回路１５１に出力す
る。したがって、前記ＬＤ駆動回路１５１はこの２０８
ｋＨｚの駆動パルスに基づいてレーザダイオード１２３
を断続的に発光制御することになる。また、前記第２段
の１／２分周器１６３の出力である第２段クロック信号
と、受光用フォトダイオード１２８の受光信号の各レベ
ルを比較して、両者が一致したときに一致信号を出力す
るタイミングコンパレータ１６５とを備えている。この
タイミングコンパレータ１６５の一致信号は前記したＲ
Ｒ検出信号となるものであるが、ここでは前記タイミン
グコンパレータ１６５の出力端には一致信号を計数する
ためのカウンタ１６６が設けられており、前記カウンタ
１６６が一致信号を所定数だけ計数したときに前記ＲＲ
検出信号を出力するように構成されている。さらに、前
記基本クロック信号を反転するインバータ１６７と、こ
のインバータ１６７の出力と前記第２段の１／２分周器
１６３の出力との論理積をとるアンドゲート１６８を備
えており、このアンドゲート１６８の出力を前記タイミ
ングコンパレータ１６５に入力し、前記アンドゲート１
６８の出力が入力されるタイミングで前記タイミングコ
ンパレータ１６５での前記した信号レベルの比較を行う
ように構成されている。

【００２１】以上の構成の内部回路１０７に基づくレー
ザ送受信器１００Ａ，１００ＢでのＲＲ検出信号の出力
動作について説明する。図７はタイミングチャートであ
り、同図（ａ）〜（ｇ）は図６（ｂ）の（ａ）〜（ｇ）
に対応する。信号処理回路１５０のクロック発生器１６
１において基本クロック信号（ａ）が発生されると、基
本クロック信号（ａ）は第１から第３段の１／２分周器
１６２，１６３，１６４により順次分周され、２０８ｋ
Ｈｚに分周された第３段クロック信号（ｄ）が駆動パル
スとしてＬＤ駆動回路１５１に出力される。ＬＤ駆動回
路１５１はこの駆動パルスを受けてレーザダイオード１
２３を駆動し、周波数２０８ｋＨｚで点滅駆動する。し
たがって、レーザダイオード１２３から出射される２０
８ｋＨｚのレーザ光はレーザ送受信器１００Ａ，１００
Ｂから再帰反射鏡に向けて投射され、再帰反射鏡で反射
された上でレーザ送受信器１００Ａ，１００Ｂの受光用
フォトダイオード１２８で受光される。

【００２２】このように受光用フォトダイオード１２８
で受光され、かつ電流−電圧変換回路１５３及び増幅回
路１５４により所定のレベルまで増幅された受光信号
（ｅ）は、タイミングコンパレータ１６５の一方の入力
端に入力される。そして、このタイミングコンパレータ
１６５の他方の入力端に入力される前記第３段の１／２
分周器１６４の出力である２０８ｋＨｚの第３段クロッ
ク信号（ｄ）との比較が行われる。このとき、前記受光
用フォトダイオード１２８からの受光信号（ｅ）は、前
記レーザダイオード１２３を駆動するクロック信号
（ｄ）に対して、レーザ光が再帰反射鏡に対して往復す
るのに必要な時間の遅れが生じているため、両信号が一
致している時間軸上の所要のタイミングで両者の比較を
行うようにする。そのために、基本クロック信号（ａ）
をインバータにより反転した信号と、当該基本クロック
信号を第２段の１／２分周器１６３で分周した第２段ク
ロック信号（ｃ）との論理積をアンドゲート１６８でと
り、このアンドゲート１６８から出力される正論理出力
のタイミング（ｆ）で前記受光信号（ｅ）と第３段クロ
ック信号（ｄ）との比較を行っている。なお、このタイ
ミングは図７のタイミングチャートでは○印を付してあ
る。そして、タイミングコンパレータ１６５では、両者
が一致しているときには一致信号を出力する。カウンタ
１６６はこの一致信号を計数し、前記アンドゲート１６
８からのタイミング信号（ｆ）に合わせて一致信号が連
続して所定の回数、ここでは８回だけ連続して計数され
たときに、カウントアップ信号としてＲＲ検出信号
（ｇ）を出力する。なお、途中で一致信号が出力されな
いときには、カウンタ１６６は自己リセットにより計数
を最初から行うことになる。

【００２３】このように、受光用フォトダイオード１２
８からの受光信号と、レーザダイオード１２３を駆動す
る駆動パルスである第３段クロック信号とが所定回数だ
け連続して一致していることを検出することにより、受
光用フォトダイオード１２８で受光した信号はレーザダ
イオード１２３から出射したレーザ光を受光したもので
あるとする可能性が極めて高いと判定できるため、その
時点で初めてＲＲ検出信号を出力する。これにより、受
光用フォトダイオード１２８が再帰反射鏡でのレーザ光
以外の外部の光を受光し、この受光により出力される受
光信号を誤って再帰反射鏡からの反射光であると検出す
ることが防止でき、以降の距離計測での誤計測が防止さ
れる。

【００２４】このように、２つのレーザ送受信器１００
Ａ，１００ＢにおいてそれぞれＲＲ検出信号が出力され
ると、これらのＲＲ検出信号を受けて図外の位置計測回
路は、次のように無人トラックの位置を計測する。すな
わち、図８を再度参照すると、無人トラックＡＣの進行
方向と垂直な方向に対して３０°前方に向けられた第１
のレーザ送受信器１００Ａにより、地点Ｐ１においてあ
る一つの再帰反射鏡ＲＲで反射されるレーザ光に基づい
て前記ＲＲ検出信号を検出する。また、無人トラックＡ
Ｃが所定距離Ｌだけ走行した地点Ｐ２において、無人ト
ラックＡＣの進行方向と垂直な方向に向けられた第２の
レーザ送受信器１００Ｂにより、前記と同じ再帰反射鏡
ＲＲで反射されるレーザ光に基づいて前記ＲＲ検出信号
を検出する。なお、無人トラックＡＣのの地点Ｐ１から
Ｐ２までの移動距離Ｌは、無人トラックＡＣに装備され
ている図外の距離計により測定される。そして、この移
動距離Ｌと、前記２つのレーザ光の角度である３０°と
を用いた三角法により、地点Ｐ２における前記した一つ
の再帰反射鏡ＲＲに対する無人トラックの距離Ｌｘ、す
なわち無人トラックＡＣの相対位置を計測することが可
能になる。したがって、このようなレーザ光による位置
計測を前記進路に沿って配列されている各再帰反射鏡Ｒ
Ｒに対して行いながら、当該位置が所定の位置となるよ
うにＧＰＳシステムによる無人トラックＡＣの位置制御
によって生じる誤差を補正することで、無人トラックＡ
Ｃの高精度な自動走行を実現することが可能になる。

【００２５】また、前記した第１及び第２のレーザ送受
信器１００Ａ，１００Ｂでは、レーザダイオード１２３
を含むレーザモジュール１０４をペルチェ素子１１２に
より加熱、冷却可能であるため、温度センサ１５６を内
蔵した温度制御回路１５５により、レーザ送受信器の環
境温度に対応してペルチェ素子１１２に供給する電流を
制御することで、レーザダイオード１２３を適正な温度
に制御することが可能になり、高温地域や寒冷地域にお
いても位置補正レーザ装置による高精度な位置補正が実
現できる。なお、この実施形態では、ペルチェ素子１１
２を搭載している下側基板１１１の上面には円形をした
冷却筒部１１３が立設され、また前記下側基板１１１上
に配置される上側基板１２１には、前記冷却筒部１１３
内に内装可能なレーザモジュール１０４が支持されてい
るため、上側基板１２１を下側基板１１１上に取り付け
る際に、上側基板１２１を冷却筒部１１３内で微細な位
置決めを行うことより、レーザモジュール１０４の光軸
位置調整を高精度に行うことが可能になる。これによ
り、レーザモジュール１０４をペルチェ素子１１２に接
触させてその温度制御が実現できる一方で、レーザモジ
ュール１０４をペルチェ素子１１２とは独立してその位
置調整が可能とされるため、レーザ送受信器１００Ａ，
１００Ｂの光軸調整（通常ではレーザ光の水平方向角度
精度±０．１°：１０ｍ先で±１．７ｃｍのずれ）を実
現するための光学系のアライメントを高精度に行うこと
が可能になる。

【００２６】また、第１及び第２のレーザ送受信器１０
０Ａ，１００Ｂは、それぞれ無人トラックＡＣに装備さ
れた取り付け板１１に固定支持されるが、当該取り付け
板１１には無人トラックの進行方向と垂直な方向と、こ
の垂直な方向から３０°前方に向けた方向のそれぞれに
位置合わせ用凸キー１２が設けられており、各レーザ送
受信器１００Ａ，１００Ｂのベース部１０１の底面に設
けられているキー溝１０３を前記凸キー１２に合わせた
状態で固定することで、各レーザ送受信器１００Ａ，１
００Ｂの光軸を高精度にしかも容易に設定することがで
きる。これにより、各レーザ送受信器１００Ａ，１００
Ｂ間に光軸方向の相対誤差が生じるようなことはなく、
位置計測の精度を高める上で有利なものになる。

【００２７】さらに、各レーザ送受信器１００Ａ，１０
０Ｂにおいて、過酷な自然条件によって窓が汚染される
状況になっても、封止ガラス板１４５の前側にはシール
板１４２と正面板１４３との間に挟持される透明保護板
１４７が存在しているため、汚染はこの透明保護板１４
７に生じることになる。したがって、透明保護板１４７
が汚染されたときには、当該透明保護板１４７を間隙１
４６から引き出した上で、新たな透明保護板１４７に交
換することでレーザ光の透過性の良好な状態にすること
ができ、そのつど窓を清掃する必要はなく、そのための
作業を不要にすることができる。

【００２８】ここで、前記実施形態では、第１及び第２
のレーザ送受信器の光軸を３０°の角度で構成した例に
ついて説明したが、この角度に限定されるものでないこ
とは言うまでもない。また、内部回路の信号処理回路
は、駆動信号としてのクロック信号と受信信号との一致
を判断することが有効な手法及び回路構成であれば、前
記実施形態の回路構成に限られるものではない。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明の位置計測レ
ーザ装置は、レーザ光を出射する際の駆動信号と、レー
ザ光を受光して得られる受光信号とを比較し、両者が一
致したとき、好ましくは両者が所定回数だけ連続して一
致したときに、当該受光信号がレーザ光出射手段から出
射されて基準反射鏡で反射されたレーザ光として判定す
ることにより、外光の影響を受けることなく、レーザ送
受信器から出射したレーザ光に基づいて移動体の位置計
測を行うことができるので、移動体の位置計測を高精度
に行うことが可能になる。また、本発明の位置計測レー
ザ装置によれば、外部環境温度のいかんにかかわらず確
実に位置計測を可能にし、また、無人走行車両に対する
位置計測レーザ装置の設定を容易に行い、かつそのメイ
ンテナンスを容易にすることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の位置計測レーザ装置の全体構成を示す
斜視図である。

【図２】図１の位置計測レーザ装置の平面図である。

【図３】本発明にかかるレーザ送受信器の一部を分解し
た斜視図である。

【図４】レーザ送受信器の一部を破断した側面図であ
る。

【図５】図４のＡＡ線に沿う断面図である。

【図６】内部回路及び信号処理回路のブロック回路図で
ある。

【図７】信号処理回路の動作を説明するためのタイミン
グ図である。

【図８】本発明の位置計測レーザ装置による無人トラッ
クの走行制御を説明するための概念図である。

【符号の説明】

ＡＣ無人トラックＲＲ再帰反射鏡１位置計測レーザ装置１１取り付け板１２凸キー１０１ベース部１０３カバー部１０４レーザモジュール１０５受光モジュール１０６光学系１０７内部回路１１１下側基板１１２ペルチェ素子１２１上側基板１２３レーザダイオード１２４送光レンズ１２６モニタ用フォトダイオード１２８受光用フォトダイオード１３０受光レンズ１３２反射ミラー１４７透明保護板１５０信号処理回路１５１ＬＤ駆動回路１５３電流−電圧変換回路１５４増幅回路１５５温度制御回路１５６温度センサ

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【手続補正書】

【提出日】平成１３年３月８日（２００１．３．８）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２０】前記信号処理回路１５０は、例えば、図６
（ｂ）に示すように、周波数が１．６６６ＭＨｚの基本
クロック信号を発生するクロック発生器１６１と、発生
された前記基本クロック信号を順次１／２分周する第１
から第３段の３つの分周器１６２，１６３，１６４とを
備えており、最後段である第３段の１／２分周器１６４
の出力としての周波数が２０８ｋＨｚの第３段クロック
信号を駆動パルスとして前記ＬＤ駆動回路１５１に出力
する。したがって、前記ＬＤ駆動回路１５１はこの２０
８ｋＨｚの駆動パルスに基づいてレーザダイオード１２
３を断続的に発光制御することになる。また、前記第２
段の１／２分周器１６３の出力である第２段クロック信
号と、受光用フォトダイオード１２８の受光信号の各レ
ベルを比較して、両者が一致したときに一致信号を出力
するタイミングコンパレータ１６５とを備えている。こ
のタイミングコンパレータ１６５の一致信号は前記した
ＲＲ検出信号となるものであるが、ここでは前記タイミ
ングコンパレータ１６５の出力端には一致信号を計数す
るためのカウンタ１６６が設けられており、前記カウン
タ１６６が一致信号を所定数だけ計数したときに前記Ｒ
Ｒ検出信号を出力するように構成されている。さらに、
前記基本クロック信号を反転するインバータ１６７と、
このインバータ１６７の出力と前記第２段の１／２分周
器１６３の出力との論理積をとるアンドゲート１６８を
備えており、このアンドゲート１６８の出力を前記タイ
ミングコンパレータ１６５に入力し、前記アンドゲート
１６８の出力が入力されるタイミングで前記タイミング
コンパレータ１６５での前記した信号レベルの比較を行
うように構成されている。

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図７

【補正方法】変更

【補正内容】

【図７】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者紅林俊彦静岡県清水市北脇500番地株式会社小糸製作所静岡工場内Ｆターム(参考） 2F112 AD05 BA02 BA06 BA07 CA20 DA26 EA03 EA09 GA10 5H301 AA01 AA09 CC03 CC06 FF10 FF11 GG11 KK08 5J084 AA04 AB01 AC02 AD07 BA04 BA36 BB02 BB21 DA07 EA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】無人走行車両等の移動体にそれぞれ所要
の角度で光軸が向けられた第１及び第２のレーザ送受信
器を備え、前記各レーザ送受信器には、レーザ光を出射
するレーザ光出射手段と、前記出射されたレーザ光が基
準反射鏡において反射されたレーザ光を受光するレーザ
光受光手段とを有し、前記両レーザ送受信器で得られる
各レーザ光の受光信号に基づいて前記基準反射鏡に対す
る前記移動体の位置を計測する位置計測レーザ装置にお
いて、前記レーザ光出射手段を駆動する駆動信号と、前
記レーザ光受光手段で得られる受光信号とを比較し、両
者が一致したときに前記受光信号に基づいて前記移動体
の位置計測を行う位置計測手段を備え、前記位置計測手
段は、前記レーザ光出射手段に対して所要の周波数の前
記駆動信号を出力する手段と、前記駆動信号の周波数に
基づいて設定されるタイミング信号を生成するタイミン
グ生成手段と、前記タイミング信号に基づいて前記受光
信号と前記駆動信号とを比較して両者の一致を検出する
一致検出手段と、前記一致検出手段での一致検出が所定
回数だけ連続したときに前記受光信号を有効な受光信号
として出力する出力手段とを備えることを特徴とする位
置計測レーザ装置。
【請求項２】前記レーザ光出射手段は、レーザダイオ
ードを内蔵したレーザモジュールとして構成され、前記
レーザモジュールは前記レーザ送受信器の内部に固定的
に設けられたペルチェ素子に対して着脱可能で、かつ前
記レーザモジュールの位置調整が可能に構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の位置計測レーザ装
置。
【請求項３】前記第１及び第２のレーザ送受信器は、
ひとつの取り付け板に固定支持されており、前記各レー
ザ送受信器と前記取り付け板は、前記各レーザ送受信器
の光軸方向を決定するために一方に設けた凸部と、他方
に設けた凹溝とが互いに嵌合されて固定支持が行われる
ことを特徴とする請求項１または２に記載の位置計測レ
ーザ装置。
【請求項４】前記レーザ送受信器には、前記レーザ光
を透過するための窓が開口され、前記窓の前側には、前
記レーザ送受信器に対して着脱可能な透明板が配置され
ていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに
記載に位置計測レーザ装置。