JP2002328006A - 位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ビーム径によって受光素子のピッチに課される
制約を緩和する。 【解決手段】列設された多数の受光素子１４と、それら
の受光量に基づいてその列方向における受光中心位置を
算出する演算装置３ｄとを備えた位置検出装置におい
て、多数の受光素子１４の受光面の前に、その受光面に
向かって進む光２を列方向へ拡げる拡散部材１２を設け
る。これにより、拡散前の光のビーム径より広い範囲に
光が照射され、素子ピッチが狭くても広くても的確に受
光がなされる。また、ビーム光を拡げる際に複数個の受
光素子に亘らせる。さらに、直交方向への拡散は少なく
する。また、受光素子を複列化して棒状支持部材を囲ま
せ、拡散部材に可撓性の板状体又は膜状体を採用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ビーム光を受け
てその位置を検出する位置検出装置に関し、詳しくは、
多数の受光素子が列設されていてそれらの受光量に基づ
きその列方向における受光中心位置を演算装置が算出す
る位置検出装置に関する。このような位置検出装置は、
大抵レーザビームを３６０゜以上またはそれ未満で回転
走査・旋回走査させながら照射する投光器と共に用いら
れ、受光部をセットする際には受光素子の列方向がビー
ム光の走査面となるべく直交するようにされ、その走査
面を基準とした位置検出を行う。

【０００２】土木工事や建設工事の現場などで鉛直方向
や水平方向の位置を検出するのに便利であり、例えば、
ビルや道路のコンクリート面の凹凸計測機や、ブルドー
ザの整地制御装置に利用される。整地制御装置では、ブ
ルドーザのブレードに受光部を設置しておき、仕上げ基
準となるレーザビーム走査面が常に受光素子列における
中央等の所定位置に来るようにブレードを自動制御で上
下させることにより、正確な整地作業が行われる。その
他、モーターグレーダや，アスファルトフィニシャー、
コンクリート均し機械などの高さ計測装置に用いられ
る。バックホー（掘削機）の掘削深さ制御装置にも利用
される。

【０００３】

【従来の技術】列設された多数の受光素子と、それらの
受光量に基づいて受光素子の列方向における受光中心位
置を算出する演算装置とを備えた従来の位置検出装置で
は、ビーム光を受けてその位置を検出する際に、各受光
素子の取付位置を受光量で重み付けして算出する、とい
った演算が行われている。また、受光量が所定の閾値以
上に達したビーム光だけを有効な信号・データと見な
し、その条件に該当する一つ又は複数の受光素子の受光
量に基づいて受光中心位置の算出を行うものがある。さ
らに、受光素子の受光面の前に光ファイバを設けたもの
や（特開平３−１２２５１６号公報）、受光素子の受光
面の前に屈折部材・拡散部材を設けたものも有るが（特
開昭６２−７６４０７号公報）、その屈折方向・拡散方
向は、受光面に向かって進む光を受光素子の列と直交す
る方向へ拡げるようになっており、受光素子の列方向に
拡げるようにはなっていない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の位置
検出装置では、種々の手法を用いて位置検出能力を向上
させており、特に、受光面の前に光ファイバを設けたも
のでは、受光素子のピッチよりも広いピッチで受光位置
を検出しうるようになっている。また、重み付け演算を
行うものでは、受光素子のピッチよりも細かい分解能で
受光位置を検出しうるようになっている。しかし、何れ
にしても、測定範囲の長さをビーム光の径で除した数よ
り少ない個数の受光素子では正確な測定が行えないた
め、測定距離が長いと、受光素子や付加部材の個数が増
えて、コストアップが避けられない、という不都合があ
る。

【０００５】そこで、コストアップを避けつつ又はコス
トダウンを図りつつ、より長い測定範囲に亘って位置測
定が正確に行えるよう、具体的には測定距離とビーム径
との比より受光素子数が多ければもとより少数の受光素
子でも正確な位置測定が行えるよう、位置検出装置の構
造等に工夫を凝らすことが技術的な課題となる。この発
明は、このような課題を解決するためになされたもので
あり、ビーム径によって受光素子のピッチに課される制
約が緩い位置検出装置を実現することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために発明された第１乃至第６の解決手段について、
その構成および作用効果を以下に説明する。

【０００７】［第１の解決手段］第１の解決手段の位置
検出装置は、出願当初の請求項１に記載の如く、列設さ
れた多数の受光素子と、それらの受光量に基づいて前記
受光素子の列方向における受光中心位置を算出する演算
装置とを備えた位置検出装置において、前記多数の受光
素子の受光面の前に、その受光面に向かって進む光を透
過させて又は反射して前記列方向へ拡げる拡散部材が設
けられている、というものである。なお、列方向と直交
する方向にも拡げるか否かは任意であるが、その直交方
向には、受光量の減少を防止する観点から、受光素子の
幅を超えては拡げない又はその幅に収まるよう絞るのが
望ましい。

【０００８】このような第１の解決手段の位置検出装置
にあっては、受光素子に向けられた光が進行中に拡散部
材によって拡げられることから、少なくとも受光素子の
列方向に関しては拡散前の光のビーム径より広い範囲に
光が照射されるので、それに対応して受光素子のピッチ
も広くすることができ、そのようにしても何れかの受光
素子にて受光が行われる。なお、光の拡散による受光状
態の変化は、拡散率等に基づく演算にて補正すれば良
い。

【０００９】これにより、受光素子の列設ピッチが照射
光の径より狭いときでも広いときでも、的確に受光がな
されて、受光位置が求められることとなる。したがっ
て、この発明によれば、ビーム径によって受光素子のピ
ッチに課される制約が緩い位置検出装置を実現すること
ができる。その結果、受光素子のピッチを拡げれば、比
較的少数の受光素子でも広い範囲で位置を検出すること
が可能となる。また、受光素子のピッチが同じであれ
ば、より多くの受光素子にて同時受光がなされて、受光
量の分布状態を示すデータ量が増えるので、演算の自由
度や，精度，分解能などを高めることが可能となる。

【００１０】［第２の解決手段］第２の解決手段の位置
検出装置は、出願当初の請求項２に記載の如く、上記の
第１の解決手段の位置検出装置であって、前記拡散部材
が、ビーム光を拡げるに際して前記多数の受光素子のう
ち複数個に亘らせるようになっている、というものであ
る。

【００１１】このような第２の解決手段の位置検出装置
にあっては、ビーム光が照射されると、その受光量デー
タが複数得られる。これにより、受光中心位置の算出に
際して、重み付け演算や，近似関数を当てはめる演算，
内挿演算，外挿演算，最尤法の演算，ファジー演算など
種々の演算を利用することが可能となる。したがって、
この発明によれば、ビーム径によって受光素子のピッチ
に課される制約が緩いばかりか演算手法に関する制約も
緩い位置検出装置を実現することができる。その結果、
正確な位置測定が行える。

【００１２】［第３の解決手段］第３の解決手段の位置
検出装置は、出願当初の請求項３に記載の如く、上記の
第１，第２の解決手段の位置検出装置であって、前記拡
散部材に、前記列方向への拡散に比べてそれと直交する
方向への拡散が少なくなるようなものが採用されてい
る、というものである。

【００１３】このような第３の解決手段の位置検出装置
にあっては、受光素子の列方向と直交する方向への拡散
が少ないので、照射された光のうち拡散によって受光素
子から横へ外れてしまう割合も少なくて済む。これによ
り、受光素子の前に拡散部材を導入しても、受光量の減
少は抑制・防止されるので、受光素子の感度を上げない
でも済むこととなる。したがって、この発明によれば、
ビーム径によって受光素子のピッチに課される制約が緩
いばかりか受光素子の採択に関する制約も緩い位置検出
装置を実現することができる。

【００１４】［第４の解決手段］第４の解決手段の位置
検出装置は、出願当初の請求項４に記載の如く、上記の
第１〜第３の解決手段の位置検出装置であって、前記受
光素子の列が支持部材を囲んで複数形成されている、と
いうものである。なお、支持部材は、棒状や板状などの
長物が好適であるが、それに限らず、外周面・外側面・
表裏面などに複数列の受光素子を配設可能なものであれ
ば良い。

【００１５】このような第４の解決手段の位置検出装置
にあっては、複列化された受光素子によって支持部材が
囲まれているので、それに向けて光が照射されると、そ
の照射が何れの方向からなされたものであっても、支持
部材の外周面等に光が当たりさえすれば、位置検出に必
要な受光が何れかの受光素子によって遂行される。これ
により、ほぼ３６０゜の広角な範囲に亘って受光するこ
とが可能となるので、投光器と向きを合わせるといった
調整を一々行わなくて済むこととなる。したがって、こ
の発明によれば、ビーム径によって受光素子のピッチに
課される制約が緩いばかりか受光の向きに関する制約も
緩い位置検出装置を実現することができる。

【００１６】［第５の解決手段］第５の解決手段の位置
検出装置は、出願当初の請求項５に記載の如く、上記の
第１〜第４の解決手段の位置検出装置であって、前記拡
散部材が可撓性の板状体又は膜状体で出来ている、とい
うものである。

【００１７】このような第５の解決手段の位置検出装置
にあっては、拡散部材とその支持体とが個別に加工形成
され、その後に、拡散部材が支持体に取り付けられる
が、その際、拡散部材は支持体の形状に適合して変形す
る。これにより、平面に限らず曲面状であっても拡散部
材を容易に装備することが可能となる。したがって、こ
の発明によれば、ビーム径によって受光素子のピッチに
課される制約が緩いばかりかそれに必要な拡散部材の装
備に関する制約も緩い位置検出装置を実現することがで
きる。

【００１８】［第６の解決手段］第６の解決手段の位置
検出装置は、出願当初の請求項６に記載の如く、上記の
第１〜第５の解決手段の位置検出装置であって、前記演
算装置が、前記受光中心位置の算出に際して、前記受光
素子の列に対応した受光量のデータ列について極大値を
求め、極大値を複数得たとき、最大値以外の極大値の発
現箇所それぞれに対してデータ値を抑制する処理を施す
ようになっている、というものである。

【００１９】このような第６の解決手段の位置検出装置
にあっては、直接の受光に加えて反射光も有ると、そし
てそれらの受光位置がずれていると、極大値が複数発現
することが有りそのまま演算したのでは反射光のデータ
によって中心位置の算出値が直接光の位置よりも反射光
の位置寄りにずれてしまうところ、反射光に対応した極
大値の発現箇所についてはデータ値の抑制処理が施され
るので、反射光に起因する不所望な算出値の変動は回避
される又は抑制される。これにより、反射光があっても
位置検出は正確に行われることとなる。したがって、こ
の発明によれば、ビーム径によって受光素子のピッチに
課される制約が緩いばかりか使用環境に関する制約も緩
い位置検出装置を実現することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】このような解決手段で達成された
本発明の位置検出装置について、これを実施するための
具体的な形態を、以下の第１〜第７実施例により説明す
る。図１〜図５に示した第１実施例は、上述した第１〜
第５の解決手段を具現化したものであり、図６に示した
第２実施例は、上述した第６の解決手段も具現化したも
のであり、図７に示した第３実施例は、それらの変形例
である。また、図８に示した第４実施例、図９及び図１
０に示した第５実施例、図１１に示した第６実施例、図
１２に示した第７実施例は、何れも、応用例である。な
お、それらの図示に際しては、簡明化等のため、ベース
板や，フレーム，ボルト等の締結具，ヒンジ等の連結具
などは図示を割愛し、発明の説明に必要なものや関連す
るものを中心に図示した。

【００２１】

【第１実施例】本発明の位置検出装置の第１実施例につ
いて、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。
図１は、その基本構造を示し、（ａ）が、レーザビーム
を回転照射する投光器と本発明の位置検出装置とを組み
合わせた位置検出システムの側面図であり、（ｂ）が本
発明の位置検出装置における受光部の斜視図である。ま
た、図２は、演算装置のブロック図である。

【００２２】この位置検出装置３は（図１（ａ）参
照）、投光器１から水平に照射されたレーザビーム光２
を受けるため鉛直上方に突き出た縦長の受光部３ｃと、
測定面４に脚部３ａを降ろして受光部３ｃを下から支持
する検出装置本体３ｂと、検出装置本体３ｂに格納され
図示しない蓄電池等で動作する演算装置３ｄとを備えて
いる。脚部３ａは、アプリケーションに応じて適宜設け
られ、固定脚であったり、伸縮脚であったり、転動輪で
あったり、駆動輪であったり、操舵輪であったり、クロ
ーラであったり、省かれたりすることもある。検出装置
本体３ｂも、アプリケーションに応じて多岐に亘り、専
用の箱状筐体であったり、車体であったり、作業車や重
機に装備された可動部材であったり、自動機に装備され
た制御対象部材であったり、受光部３ｃを支える可動部
材と演算装置３ｄを納める筐体部とに分かれることもあ
る。

【００２３】受光部３ｃは（図１（ａ）参照）、直径が
数ｃｍで長さが数十ｃｍの真っ直ぐな棒状体に形成され
ることが多いが、多数の受光素子１４を長手方向に列設
状態で保持しうるものであれば、それより太くても細く
ても長くても短くても良い。この例では、角柱形をした
棒状支持部材１３の４側面それぞれに対し等ピッチで受
光素子１４が受光面を外側に向けて列設されている（図
では棒状支持部材１３の各側面に３個だけ受光素子１４
を描いた）。この棒状支持部材１３が円筒形の外筒１１
の軸芯位置に遊挿状態で納められているうえ（端部の固
定状態等の図示は割愛した）、その外筒１１の内周面に
は全面的に拡散部材１２が付設されており、さらにカバ
ー兼用の外筒１１がアクリル等の透明な部材から作られ
ているので、受光部３ｃは、棒状支持部材１３を囲んで
４列形成された多数の受光素子１４と、それらの受光面
の前に一定距離をおいて設けられた拡散部材とを具えた
ものとなっている。

【００２４】拡散部材１２は、特開昭６２−７６４０７
号公報等で公知のものでもそれ以外のものでも良いが、
外筒１１への貼付等が容易に行えるよう、例えばアクリ
ル，ポリカーボネイト等の透明なプラスチックフイルム
に適宜な表面処理や微細凹凸加工を施すといったこと
で、光拡散機能と可撓性とを具備した板状体又は膜状体
にされる。その際、拡散機能に異方性も持たせて、透過
する光を或る方向へは拡散するがそれと直交する方向へ
はなるべく拡散しないような物にする。そして、拡散部
材１２を外筒１１に装着するときに、拡散方向を外筒１
１の軸芯の向きに合わせる。これにより、この拡散部材
１２は、受光素子１４の受光面に向かって進む光を受光
素子１４の列方向へ拡げる一方、その拡散に比べてそれ
と直交する方向への拡散は少ないものとなる。また、拡
散部材１２と受光素子１４との距離選定、あるいは受光
素子１４のピッチ選定に際しては、ビーム光２の径と拡
散部材１２の拡散能力とを考慮して、拡散部材１２を通
過したビーム光２が棒状支持部材１３の側面に達したと
きに受光素子１４の列設ピッチの２倍以上に広がるよ
う、選定を行う。これにより、拡散部材１２は、ビーム
光２を拡げるに際して多数の受光素子１４のうち複数個
に亘らせるものとなる。

【００２５】受光素子１４は、受光面に受けたビーム光
２の受光量を光電変換して出力しうるものであれば、従
来と同じものでも良く、それ以外のものでも良いが、そ
の出力に関しては、複列化に対応した並列接続が導入さ
れている。すなわち、各受光素子１４の出力は、４列の
複列化に対応して各列内で同順に位置する４個のもの同
士がＯＲ結合されている。これにより、棒状支持部材１
３のどの側面にビーム光２が当たってもその位置の受光
量が適切に反映されるようになる。しかも、演算装置３
ｄにとっては、一列分だけ処理すれば足りる、すなわ
ち、受光素子１４が何列に複列化されていようと、入力
して演算する受光量データが一列に纏められた後のもの
となる。

【００２６】演算装置３ｄは（図２参照）、多数の受光
素子１４の受光量に基づいてその受光素子の列方向すな
わち演算装置３ｄの長手方向における受光中心位置を算
出するものであり、その演算をプログラマブルな電子回
路で処理するためにマイクロプロセッサ２４が設けられ
るとともに、受光素子１４の出力をデジタルデータにし
てマイクロプロセッサ２４に取り込むための入力回路２
１〜２３も設けられている。また、その入力回路２１〜
２３に対して入力開始等のタイミング制御を行う開始制
御回路２５＋２６も付設されている。

【００２７】入力回路２１〜２３には、４個の受光素子
１４の結合出力を増幅する増幅回路２１と、ビーム光２
の走査周期等に対応した所定の周期で繰り返し自動的に
リセットされ或いは緩慢な放電等にてリセット状態に戻
りそれぞれの周期内で増幅回路２１の出力の最大値を保
持するピークホールド回路２２と、そのアナログ出力を
デジタル値に変換するＡ／Ｄ変換回路２３との組が、受
光素子１４の一列分、設けられている。開始制御回路２
５＋２６には、マイクロプロセッサ２４からデジタル値
で送出された閾値をアナログ値に変換するＤ／Ａ変換回
路２５と、その閾値と各増幅回路２１の出力とを比較し
て出力が一つでも閾値を超えたら一斉に全Ａ／Ｄ変換回
路２３に対してＡ／Ｄ変換の動作を開始させるといった
制御を行うＡ／Ｄ制御回路２６とが設けられている。

【００２８】マイクロプロセッサ２４には、受光量デー
タを各Ａ／Ｄ変換回路２３から入力してメモリの受光量
データ列２４ｂを更新する入力ルーチン２４ａと、受光
量データ列２４ｂに基づき例えば重み付け演算を行って
受光中心位置を算出する中心位置演算ルーチン２４ｃ
と、その算出結果を応用目的に応じて図示しない記録媒
体や上位プロセッサ等に出力する出力ルーチン２４ｄ
と、入力ルーチン２４ａによって入力中に求められた受
光量データ列２４ｂ内の最大値２４ｅに基づいて例えば
それに“１”未満の所定値を掛けて閾値を求めそれをＤ
／Ａ変換回路２５に送出する閾値設定ルーチン２４ｆと
がインストールされている。そして、それらのプログラ
ム処理が、上述した所定周期で繰り返し、実行されるよ
うになっている。

【００２９】中心位置演算ルーチン２４ｃによる受光中
心位置の算出手法について典型的な一例を挙げると、ピ
ークを一つ持ったガウス分布等の分布関数をレーザビー
ムの強度分布にあてはめて、その分布関数のピーク位置
を計算するというものである。具体的には、受光素子１
４の列における各受光素子１４の取付位置の原点からの
距離をＬｎとし、各受光素子１４の受光量をＰｎとした
とき、ビーム光２の受光中心位置Ｌｘは、式［Ｌｘ＝Σ
（Ｌｎ×Ｐｎ）／ΣＰｎ］等を演算することで得られ
る。これにより、この位置検出装置３は、受光中心位置
の検出を受光素子１４の取付ピッチよりも細かな分解能
・精度で行うものとなる。

【００３０】この第１実施例の位置検出装置について、
その使用態様及び動作を、図面を引用して説明する。図
１（ａ）は、レーザビームを回転照射する投光器と組み
合わせてレーザビーム走査面の高さを検出しているとこ
ろの側面図であり、図３は、拡散部材の作用を対比して
示し、（ａ）が拡散部材の無い状態、（ｂ）が拡散部材
を設けた状態に関する。また、図４は、拡散部材が受光
素子取付ピッチに及ぼす効果を対比して示し、（ａ）が
拡散部材の無い状態、（ｂ）が拡散部材を設けた状態に
関する。さらに、図５は、受光状態に基づく演算例を示
し、（ａ）と（ｂ）は良好な受光状態に関して（ａ）が
受光状態で（ｂ）が演算状態であり、（ｃ）と（ｄ）は
小さな反射の重畳した受光状態に関して（ｃ）が受光状
態で（ｄ）が演算状態である。なお、各グラフにおい
て、二点鎖線は、レーザビームの連続的な強度分布を示
し、実線は、受光素子で標本化した分布状態を示し、一
点鎖線は、閾値を示し、破線は、受光量データのうち入
力ルーチン２４ａのノイズ抑制処理にて減じられた部分
を示す。

【００３１】この位置検出装置３と投光器１とを用いて
測定面４に関する高さ測定を行う場合（図１（ａ）参
照）、測定面４の何処か一箇所を基準点に選定しそこに
投光器１をセットする。その際、投光器１の三脚等を調
節して、３６０゜回転するビーム光２が一つの水平面を
走査するようにしておく。また、位置検出装置３は、測
定面４のうち高さを測定したいところに置く。その際、
受光部３ｃがビーム光２の走査面に突き刺さり、しか
も、なるべく垂直・鉛直な状態を保つようにする。な
お、多数の受光素子１４が受光面を四方に向けているの
で、位置検出装置３の側面の向きは気にしないで良い。

【００３２】そうすると、数ｍｍ〜十数ｍｍの径で水平
に進んで受光部３ｃに達したビーム光２は、拡散部材１
２が無ければそのまま受光素子１４の列に当たり（図３
（ａ）参照）その範囲に取り付けられている受光素子１
４が感応する（図４（ａ）参照）のに対し、この場合は
拡散部材１２が設けられているので（図３（ｂ）参
照）、受光素子１４の列方向にビーム径が拡がり、その
広い範囲に取り付けられている受光素子１４が感応する
（図４（ｂ）参照）。そこで、拡散部材１２の介在に基
づいてビーム光２が受光素子１４のところで拡がる比率
で受光素子１４の取付ピッチも拡げておくことで、光量
こそ少ないものの、ほぼ同じ受光量データが得られる。
なお、拡散部材１２に異方性のものが採用されているの
で、受光量の減少は、受光素子１４同士の隙間が拡がっ
た分だけに抑制されており、受光素子１４に安価で受光
面の広いものを用いれば、それも回避できる。

【００３３】そして、ビーム光２が一回り走査する度
に、複数列の受光素子１４の出力を一列に纏めた受光量
のデータ（図５（ａ）参照）が、入力回路２１〜２３を
介して入力ルーチン２４ａによって受光量データ列２４
ｂに取り込まれる。その際、その最大値２４ｅに基づき
閾値設定ルーチン２４ｆによって閾値が再計算され、そ
れがＤ／Ａ変換回路２５を介してＡ／Ｄ制御回路２６に
送出されるので、閾値は直前のサンプリング結果に応じ
た最新のものに更新される。また（図５（ｂ）参照）、
受光量データ列２４ｂの各データについて、入力ルーチ
ン２４ａによってノイズ抑制処理が施され、閾値分だけ
足切りがなされる。すなわち、閾値以上のデータ値から
は閾値が減じられ、閾値未満のデータ値は“０”にされ
る。

【００３４】そのため、投光器１を出てから位置検出装
置３に達するまでに他の物体に当たってビーム光２の走
査面から外れた不所望な反射光が重畳した場合でも（図
５（ｃ）参照）、その受光量が閾値を上回らなければそ
の不所望なデータは切り捨てられるので、反射光の無い
適正状態とほぼ同様のデータが受光量データ列２４ｂに
得られる（図５（ｄ）参照）。そして、それに基づき中
心位置演算ルーチン２４ｃによって上述したような所定
演算が行われて、ビーム光２の受光中心位置が算出され
（図５（ｂ），（ｄ）参照）出力ルーチン２４ｄによっ
て処理される。

【００３５】こうして、ビーム光２の走査毎にその位置
が位置検出装置３によって検出されるが、拡散部材１２
の導入によって受光素子１４の取付ピッチがビーム光２
の径による拘束から解放または緩和されるうえ、演算装
置３ｄの演算によって受光中心位置の検出が受光素子１
４の取付ピッチによる拘束から解放または緩和されてい
るので、受光素子１４の取付ピッチを拡げて広範囲の位
置検出を安価に行うことができる。もっとも、拡散部材
１２の介在に基づいてビーム光２が受光素子１４のとこ
ろで拡がる比率と、受光素子１４の取付ピッチの拡大率
とを、一致させることは必須で無いので、受光素子１４
の取付ピッチを拡げずに或いは拡げるのは少しにして、
僅かなコストアップで又はコストアップ無しで、位置検
出の分解能や精度の向上を図ることもできる。

【００３６】

【第２実施例】本発明の位置検出装置の第２実施例につ
いて、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。
図６は、大きな反射の重畳した受光状態に基づく演算例
を示し、（ａ）が受光状態、（ｂ）が入力状態、（ｃ）
が極大値検出状態、（ｄ）が演算結果である。なお、図
中、一点鎖線は、閾値を示し、破線は、受光量データの
うちノイズ抑制処理や反射成分抑制処理にて減じられた
部分を示す。この位置検出装置が上述した第１実施例の
ものと相違するのは、中心位置演算ルーチン２４ｃが極
値を利用して反射成分抑制処理も行うように改造されて
いる点である。

【００３７】すなわち、新たな中心位置演算ルーチン２
４ｃは、上述した重み付け演算等による中心位置の算出
に先だち、受光量データ列２４ｂに対して、極大値を存
在するだけ見つけ出す処理と、データ値を抑制する処理
とを行うようになっている。データ値抑制処理は、極大
値が複数得られたときだけ行えば良いが、最大値以外の
極大値が複数見出されたときにはそれぞれの発現箇所に
対して施される。その処理の具体的内容は、極大値発現
箇所のデータ値をいきなり“０”にするのでも良く、極
大値発現箇所のデータ値を“１”未満の所定割合に減ず
るのでも良く、反射光の強度分布にもガウス分布等を仮
定して極大値発現箇所ばかりかその近隣のデータ値も抑
制するようにしても良い。何れにしても、最大値以外に
極大値が見出せなくなるまで処理が繰り返される。な
お、それによって“０”を下回ることとなったデータ値
は、強制的に“０”にされる。

【００３８】この場合、上述の場合（図５（ｃ）参照）
と対比して説明するために、そのときより反射光の受光
量が増えているものとするが（図６（ａ）参照）、それ
が閾値を上回っていると、閾値を減ずるノイズ抑制処理
を施してもそのデータ値は“０”にならないで受光量デ
ータ列２４ｂにとどまる（図６（ｂ）参照）。そして、
この受光量データ列２４ｂについて極大値の探索が行わ
れると直接光に対応した極大値１と反射光に対応した極
大値２とが見出される（図６（ｃ）参照）。それらのう
ち最大値でもある極大値１のところはそのままで、最大
値以外の極大値である極大値２の発現箇所に対し、デー
タ値抑制処理が施される。

【００３９】そうすると、受光量データ列２４ｂには、
大きな反射光の無かったときのデータ値（図５（ｂ），
（ｄ）参照）とほぼ同様のデータ値が残る（図６（ｄ）
参照）。こうして、この場合は、閾値を上回る大きな反
射光があっても、その影響を排除することができる。

【００４０】

【第３実施例】本発明の位置検出装置の第３実施例につ
いて、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。
図７は、要部の構造を示し、（ａ）が受光部の平面図、
（ｂ）が受光素子と支持部材の正面図、（ｃ）がその右
側面図である。この位置検出装置が上述した第１，第２
実施例のものと相違するのは、支持部材１３が角棒状の
ものから板状のものになっている点である。

【００４１】支持部材１３には、両面プリント配線基板
が採用され、その一方の面に受光素子１４がリードを約
９０゜曲げた状態で１列だけ実装され、他方の面には受
光素子１４がリードを約３０゜曲げた状態で２列平行に
実装されて、３列の受光素子１４が１２０゜ずつ向きを
変えて３６０゜を分担し合うようになっている。この方
が、上述の４列のものに比べて、受光素子１４を少なく
できるうえ、向きに応じた感度変化も少なくなる。

【００４２】

【第４実施例】図８に側面図と平面図を示した床面凹凸
測定機は、その位置検出部に上述の位置検出装置を採用
したものである。この位置検出装置３は、脚部３ａに転
動輪が採用されて移動可能になっており、さらに、その
移動距離を計測する移動距離計が付設されている。ま
た、検出装置本体３ｂから上に延びたハンドル３ｅの先
端には操作部３ｆが装備されていて、移動パターンや必
要な初期値等を設定することができるようになってい
る。さらに、検出装置本体３ｂには、一連の受光量デー
タを記録する記録装置や、そのデータを処理して等高線
を作成する情報処理装置なども、演算装置３ｄに加えて
別に又は演算装置３ｄと一体的に、設けられている。

【００４３】このような床面凹凸測定機を用いて、新築
した又は床の補修等を施した建屋５の床面４の凹凸を測
定する場合、測定面４のほぼ全体を見渡せるところに投
光器１をセットし、それから位置検出装置３を予め設定
された移動パターンに従って移動させる。その移動パタ
ーンを設定する際、移動パターンの各要素の種類や位置
と移動方向を入力して、測定面４上で隈無く位置検出装
置３を移動させる（図８（ｂ）の矢印付き破線を参
照）。すると、位置検出装置３は、移動距離計で移動距
離を計測しながら、ビーム光２の受光高さを計測し、移
動パターンと移動距離に従って平面位置を求め、検出し
た受光高さに基づいて床面４の凹凸を算出する。

【００４４】

【第５実施例】図９（ａ）に要部の斜視図を示した整地
制御装置も、上述の位置検出装置を利用したものであ
る。具体的には、ブルドーザ（重機）のブレード（可動
部材）に二本の受光部３ｃを植設するとともに、それら
が受けたビーム光２の位置に基づいて、その位置が揃っ
ているときには（図９（ｂ）参照）ブレード６の高さを
目標値に追従させる高さ制御を行うとともに、両位置が
ずれているいるときには（図９（ｃ）参照）そのずれを
無くすような傾き制御も行うようになっている。

【００４５】また（図１０参照）、このブルドーザで広
い範囲や高低差の大きな道路面等を整地する場合、測定
面４に沿って複数の投光器１を設置しておき、それぞれ
の投光器１により走査照射されるビーム光２にて、分担
範囲の異なる及び／又は高さの異なる複数の基準面を作
っておく。また、ブルドーザ（位置検出装置３）には、
両基準面に亘る長い受光部３ｃを搭載しておく。そし
て、ブルドーザを走行させると、一つの投光器１からだ
けビーム光２を受光しているときは、そのビーム光２に
基づいて整地制御や姿勢制御が行われ、複数の投光器１
からビーム光２を受光しているときは、最も強いビーム
光２に基づいて整地制御や姿勢制御が行われる。あるい
は、受光部３ｃの中心位置に最も近いビーム光２に基づ
いて整地制御や姿勢制御が行われる。こうして、基準と
なる投光器１が順次入れ替わり、ブルドーザによる測定
面４の整地作業は長距離に亘って自動制御される。

【００４６】

【第６実施例】図１１に要部の斜視図を示した重機姿勢
制御装置も、その位置検出部に上述の位置検出装置を採
用したものである。この場合、重機の可動部材７に三本
の受光部３ｃが植設される。そして、それに投光器１か
らビーム光２が照射されると、それぞれの受光部３ｃで
受光位置が検出される。それらは三角形の頂点位置に対
応して配置されているので、それに基づいて所定の演算
すなわち既知の幾何学的関係に基づく方程式を解く演算
を行うことで、可動部材７や重機の姿勢を三次元的に把
握することができ、その姿勢（ピッチング，ローリン
グ，ヨーイング）を制御することもできる。

【００４７】

【第７実施例】図１２に全体構造を示した位置検出装置
は、ビーム光２を受光可能な範囲を限定することで小形
かつ安価にした簡易形のものである。すなわち、この位
置検出装置３は、受光部３ｃが検出装置本体３ｂを兼ね
て箱形に纏められ、その中に拡散部材１２や受光素子１
４と共に演算装置３ｄも格納される。また、その外面に
は、細長い受光窓３ｇが形成されるとともに、受光位置
を外面に数値で示す表示部３ｈも付設される。拡散部材
１２には透過型のもので無く反射型のものが採用され、
受光素子１４は細長い板状支持部材１３の一面上に一列
だけ実装される。これにより、位置検出装置３は薄型で
携帯性に富むものとなる。

【００４８】この場合、位置検出装置３は、手で持たれ
て或いは測定対象面に添着等されて、受光窓３ｇが投光
器１の方に向けられる。そうすると、受光窓３ｇから射
し込んだビーム光２は、拡散部材１２の表面で反射する
とともに長手方向すなわち列方向にだけ拡がりながら受
光素子１４に向かって進む。そして、その受光状況に基
づいて受光素子１４の列における受光中心位置が求めら
れ、それが表示部３ｈに表示される。こうして、この場
合も、表示値を読むことで簡便に、受光位置を知ること
ができる。なお、図示は割愛したが、携帯性を高めるべ
く電池駆動にする場合、適宜なバッテリパックを内蔵す
るか、着脱可能に外付けすると良い。

【００４９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の第１の解決手段の位置検出装置にあっては、拡散前の
光のビーム径より広い範囲に光が照射されるようにした
ことにより、受光素子の列設ピッチが照射光の径より狭
いときでも広いときでも的確に受光がなされ、その結
果、ビーム径によって受光素子のピッチに課される制約
が緩い位置検出装置を実現することができたという有利
な効果が有る。

【００５０】また、本発明の第２の解決手段の位置検出
装置にあっては、ビーム光の照射に対して受光量データ
が複数得られるようにもしたことにより、ビーム径によ
って受光素子のピッチに課される制約が緩いばかりか演
算手法に関する制約も緩い位置検出装置を実現すること
ができたという有利な効果を奏する。

【００５１】さらに、本発明の第３の解決手段の位置検
出装置にあっては、拡散部材に異方性を持たことによ
り、ビーム径によって受光素子のピッチに課される制約
が緩いばかりか受光素子の採択に関する制約も緩い位置
検出装置を実現することができたという有利な効果が有
る。

【００５２】また、本発明の第４の解決手段の位置検出
装置にあっては、どの向きから照射されても受光しうる
ようにもしたことにより、ビーム径によって受光素子の
ピッチに課される制約が緩いばかりか受光の向きに関す
る制約も緩い位置検出装置を実現することができたとい
う有利な効果を奏する。

【００５３】また、本発明の第５の解決手段の位置検出
装置にあっては、拡散部材とその支持体とを個別に加工
形成して拡散部材を支持体形状に適合変形させるように
もしたことにより、ビーム径によって受光素子のピッチ
に課される制約が緩いばかりかそれに必要な拡散部材の
装備に関する制約も緩い位置検出装置を実現することが
できたという有利な効果が有る。

【００５４】また、本発明の第６の解決手段の位置検出
装置にあっては、反射光の受光量データを抑制して直接
光の受光量データを残すようにもしたことにより、ビー
ム径によって受光素子のピッチに課される制約が緩いば
かりか使用環境に関する制約も緩い位置検出装置を実現
することができたという有利な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の位置検出装置の第１実施例につい
て、（ａ）が、レーザビームを回転照射する投光器と本
発明の位置検出装置とを組み合わせた位置検出システム
の側面図であり、（ｂ）が本発明の位置検出装置におけ
る受光部の斜視図である。

【図２】 演算装置のブロック図である。

【図３】 拡散部材の作用を対比して示し、（ａ）
が拡散部材の無い状態、（ｂ）が拡散部材を設けた状態
に関する。

【図４】 拡散部材が受光素子取付ピッチに及ぼす
効果を対比して示し、（ａ）が拡散部材の無い状態、
（ｂ）が拡散部材を設けた状態に関する。なお、二点鎖
線は、レーザビームの連続的な強度分布を示し、実線
は、受光素子で標本化した分布状態を示している。

【図５】 受光状態に基づく演算例を示し、（ａ）
と（ｂ）は良好な受光状態に関して（ａ）が受光状態で
（ｂ）が演算状態である。また、（ｃ）と（ｄ）は小さ
な反射の重畳した受光状態に関し、（ｃ）が受光状態
で、（ｄ）が演算状態である。なお、一点鎖線は、閾値
を示し、破線は、受光量データのうちノイズ抑制処理に
て減じられた部分を示す。強制的に零にされた受光量デ
ータを示す。

【図６】 本発明の位置検出装置の第２実施例につい
て、大きな反射の重畳した受光状態に基づく演算例を示
し、（ａ）が受光状態、（ｂ）が入力状態、（ｃ）が極
大値検出状態、（ｄ）が演算結果である。なお、一点鎖
線は、閾値を示し、破線は、受光量データのうちノイズ
抑制処理や反射成分抑制処理にて減じられた部分を示
す。

【図７】 本発明の位置検出装置の第３実施例につい
て、要部の構造を示し、（ａ）が受光部の平面図、
（ｂ）が受光素子と支持部材の正面図、（ｃ）がその右
側面図である。

【図８】 本発明の位置検出装置の第４実施例につい
て、床面凹凸測定機への応用例を示し、（ａ）が側面
図、（ｂ）が平面図である。

【図９】 本発明の位置検出装置の第５実施例につい
て、ブルドーザのブレード制御装置への応用例を示し、
（ａ）が要部の斜視図、（ｂ）が高さ制御状態、（ｃ）
が傾斜制御状態に関する。

【図１０】 その走行状況を示し、（ａ）が平面
図、（ｂ）が側面図である。

【図１１】 本発明の位置検出装置の第６実施例につい
て、重機姿勢制御装置への応用例を示す要部の斜視図で
ある。

【図１２】 本発明の位置検出装置の第７実施例につい
て、全体構造を示し、（ａ）が斜視図、（ｂ）が縦断正
面図、（ｃ）が横断平面図である。

【符号の説明】

１ 投光器（レーザビーム回転照射装置、発光器） ２ ビーム光（走査レーザ光、回転レーザ光、旋回ビ
ーム光） ３ 位置検出装置（高さ測定装置、移動体、走行車
両、重機） ３ａ 脚部（足、車輪、クローラ） ３ｂ 検出装置本体（受光部の支持体） ３ｃ 受光部（受光素子列設部） ３ｄ 演算装置（電子回路） ３ｅ ハンドル ３ｆ 操作部 ３ｇ 受光窓 ３ｈ 表示部 ４ 測定面（床面、路面） ５ 建屋 ６ ブレード（ブルドーザの可動部材、高さ・傾き制
御対象部材） ７ 可動部材（重機の姿勢制御対象部材） １１ 外筒（透明な保護カバー、拡散部材の支持体） １２ 拡散部材（異方性拡散フイルム） １３ 棒状支持部材（板状支持部材、受光素子の支持部
材） １４ 受光素子（光電変換部材） ２１ 増幅回路（アンプ） ２２ ピークホールド回路（オートリセット） ２３ Ａ／Ｄ変換回路 ２４ マイクロプロセッサ ２４ａ 入力ルーチン（データサンプリング手段） ２４ｂ 受光量データ列（レーザビームの強度分布デ
ータ） ２４ｃ 中心位置演算ルーチン ２４ｄ 出力ルーチン ２４ｅ 最大値 ２４ｆ 閾値設定ルーチン（閾値設定手段） ２５ Ｄ／Ａ変換回路（閾値設定手段） ２６ Ａ／Ｄ制御回路（Ａ／Ｄ変換開始制御）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA07 CC14 DD04 FF23 FF42 GG04 GG12 HH04 JJ25 MM15 QQ03 QQ08 QQ29 QQ34 QQ43

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】列設された多数の受光素子と、それらの受
   光量に基づいて前記受光素子の列方向における受光中心
   位置を算出する演算装置とを備えた位置検出装置におい
   て、前記多数の受光素子の受光面の前に、その受光面に
   向かって進む光を前記列方向へ拡げる拡散部材が設けら
   れていることを特徴とする位置検出装置。
2. 【請求項２】前記拡散部材が、ビーム光を拡げるに際し
   て前記多数の受光素子のうち複数個に亘らせるものであ
   ることを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。
3. 【請求項３】前記拡散部材が、前記列方向への拡散に比
   べてそれと直交する方向への拡散は少ないものであるこ
   とを特徴とする請求項１又は請求項２に記載された位置
   検出装置。
4. 【請求項４】前記受光素子の列が支持部材を囲んで複数
   形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３
   の何れかに記載された位置検出装置。
5. 【請求項５】前記拡散部材が、可撓性の板状体又は膜状
   体からなることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何
   れかに記載された位置検出装置。
6. 【請求項６】前記演算装置が、前記受光中心位置の算出
   に際して、前記受光素子の列に対応した受光量のデータ
   列について極大値を求め、極大値を複数得たとき、最大
   値以外の極大値の発現箇所それぞれに対してデータ値を
   抑制する処理を施すものであることを特徴とする請求項
   １乃至請求項５の何れかに記載された位置検出装置。